(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサと、前記コンプレッサに流体連通するコンデンサと、前記コンデンサに流体連通する熱膨張弁と、前記熱膨張弁に流体連通するエバポレータと、前記コンプレッサおよび前記エバポレータに流体連通する高温ガスバイパス弁とを備える種類の冷却ユニットの正味の検知可能冷却能力を算出する方法であって、前記方法は、
前記コンプレッサからの流体の吐出圧力および前記エバポレータからの吸引圧力を測定するステップと、
前記コンプレッサから流れる流体の凝結温度および前記エバポレータから流れる流体の気化温度を算出するステップと、
前記コンプレッサから流れる流体の質量流量を算出するステップと、
前記コンプレッサから流れる流体、前記熱膨張弁から流れる流体、および前記エバポレータから流れる流体のエンタルピーを算出するステップと、
前記高温ガスバイパス弁を介して流れる流体の質量流量を算出するステップと、
正味の検知可能冷却能力を算出するステップとを含み、
前記正味の検知可能冷却能力を算出するステップは、以下の式：
【数１】
0005400147.tif 000024
を採用することによって判定され、
ここで、Ｐcは正味の検知可能冷却能力（ｋＷ）、
Ｑtotalは総冷却能力（Ｗ）、
Ｑcomp lossは前記コンプレッサの熱損失（Ｗ）、
Ｃは凝結物生成率（ｌｂｓ／時）、
1052.6は１ポンドの水を凝結させるのに必要なエネルギー量、
0.2928104はＢＴＵ／時をワットに変換、
1000はワットをキロワットに変換し、
前記総冷却能力は、以下の式：
【数２】
0005400147.tif 000025
を採用することによって判定され、
ここで、Ｑtotalは前記総冷却能力（Ｗ）、
ＭはＡＲＩ−５４０の質量流量係数を使用することによって算出される冷媒の質量流量（ｋｇ／秒）、
ｈsuction gasはエバポレータコイル入口でのガス冷媒のエンタルピー（Ｗ／ｋｇ）、
ｈmix evaporator inletはエバポレータコイル入口での混合冷媒のエンタルピー（Ｗ／ｋｇ）、
Ｍbypassはバイパス弁を介して迂回される冷媒の質量流量（ｋｇ／秒）、
ｈhot gasは前記コンプレッサの出口での高温のガス冷媒のエンタルピー（Ｗ／ｋｇ）
、および
ｈliquidは前記膨張弁入口での液体冷媒のエンタルピー（Ｗ／ｋｇ）である、方法。
【請求項２】
正味の検知可能冷却を算出するステップは、総冷却を算出するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バイパス弁のパラメータを測定するステップと、前記パラメータが所定のしきい値を上回ると前記バイパス弁の動作を操作するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記パラメータは差圧である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記差圧の判定は、吐出圧力センサを介して流れる流体の圧力を測定することと、吸引圧力センサを介して流れる流体の圧力を測定することとによって達成される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
少なくとも1つの冷却ユニットを含む冷却装置であって、各前記冷却ユニットは、
コンプレッサと、
前記コンプレッサに流体連通するコンデンサと、
前記コンデンサに流体連通する熱膨張弁と、
前記熱膨張弁に流体連通するエバポレータと、
前記コンプレッサおよび前記エバポレータに流体連通する高温ガスバイパス弁と、
前記コンプレッサおよび前記コンデンサ、ならびに前記エバポレータおよび前記コンプレッサの間に配備された複数の温度および圧力検知装置に連結されたコントローラとを備え、前記コントローラは、
前記コンプレッサから流れる流体の凝結温度および前記エバポレータから流れる流体の気化温度を算出し、
前記コンプレッサから流れる流体の質量流量を算出し、
前記コンプレッサから流れる流体、前記熱膨張弁から流れる流体、および前記エバポレータから流れる流体のエンタルピーを算出し、
前記高温ガスバイパス弁を介して流れる流体の質量流量を算出し、かつ
各上記算出値を用いて各対応の冷却ユニットの正味の検知可能冷却能力を算出するように構成され、
これらの算出は、各前記冷却ユニットにおいて行われ、
各前記冷却ユニットのコントローラは、前記高温ガスバイパス弁の高温ガスを前記エバポレータに迂回させることにより前記正味の検知可能冷却能力を低下させ、かつ
各前記冷却ユニットのコントローラは、前記バイパス弁の差圧であるパラメータを測定し、前記パラメータが所定のしきい値より高いときに前記高温ガスバイパス弁の動作を制御するプログラム制御ループを備えるファームウェアを含み、
前記差圧の決定は、吐出圧力センサを介して流れる流体の圧力を測定しかつ吸引圧力センサを介して流れる流体の圧力を測定することにより実現される、冷却装置。
【請求項７】
前記コントローラはさらに、前記コンプレッサからの流体の吐出圧力および前記エバポレータからの吸引圧力の測定値を処理するように構成される、請求項６に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記高温ガスバイパス弁を介して流れる流体の質量流量は、前記高温ガスバイパス弁の両端の差圧を測定することと、該高温ガスバイパス弁を有する冷却ユニットそれぞれについて作成された公式を採用することとによって算出される、請求項６に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記差圧の判定は、吐出圧力センサを介して流れる流体の圧力を測定することと、吸引圧力センサを介して流れる流体の圧力を測定することとによって達成される、請求項８に記載の冷却装置。
【請求項１０】
コンピュータ読取可能媒体であって、各冷却ユニットのコントローラに、
コンプレッサからの流体の吐出圧力およびエバポレータからの吸引圧力の測定を処理させ、
前記コンプレッサから流れる流体の凝結温度および前記エバポレータから流れる流体の気化温度を算出させ、
前記コンプレッサから流れる流体の質量流量を算出させ、
前記コンプレッサから流れる流体、熱膨張弁から流れる流体、および前記エバポレータから流れる流体のエンタルピーを算出させ、
高温ガスバイパス弁を介して流れる流体の質量流量を算出させ、かつ
各上記算出値を用いて各冷却ユニットの正味の検知可能冷却能力を算出させる指示を含む指示のシーケンスが格納され、
これらの算出は各冷却ユニットのコントローラによって実行され、
各冷却ユニットのコントローラは、前記高温ガスバイパス弁の高温ガスを前記エバポレータに迂回させることにより前記正味の検知可能冷却能力を低下させ、かつ
各前記冷却ユニットのコントローラは、前記バイパス弁の差圧であるパラメータを測定し、前記パラメータが所定のしきい値より高いときに前記高温ガスバイパス弁の動作を制御するプログラム制御ループを備えるファームウェアを含み、
前記差圧の決定は、吐出圧力センサを介して流れる流体の圧力を測定しかつ吸引圧力センサを介して流れる流体の圧力を測定することにより実現される、コンピュータ読取可能媒体。
【請求項１１】
前記高温ガスバイパス弁を介して流れる流体の質量流量は、前記高温ガスバイパス弁の両端の差圧を測定することと、該高温ガスバイパス弁を有する冷却ユニットそれぞれについて作成された公式を採用することとによって算出される、請求項１０に記載のコンピュータ読取可能媒体。
【請求項１２】
前記差圧の判定は、吐出圧力センサを介して流れる流体の圧力を測定することと、吸引圧力センサを介して流れる流体の圧力を測定することとによって達成される、請求項１１に記載の冷却ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．  発明の分野
発明の実施形態は、概して、データセンター、機器室、または配線クローゼットなどの部屋を冷却するための装置および方法に関する。具体的には、本発明の局面は、データ処理、ネットワーキングおよび電気通信機器を収納するために使用されるラックと筺体とを含むデータセンター、より特定的には、このようなラックおよび筺体によって収納されている機器を冷却するのに使用される冷却システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２．  関連技術の考察
異なる製造業者によって製造された標準的なラックに取付けることができるラック取付け可能機器を機器製造業者が設計できるようにするために、多くの異なる規格が長年にわたって開発されてきた。標準的なラックは、典型的に正面取付けレールを含み、サーバおよびＣＰＵなどの多数の電子機器ユニットが該レールに取付けられ、ラック内で縦に積重ねられる。例示的な業界標準ラックは、高さおよそ６〜６．５フィート、幅約２４インチ、および深さ約４０インチである。このようなラックは、米国電子工業会（Electronics Industries Associations）のＥＩＡ−３１０−Ｄ規格によって規定されているように、一般に「１９インチ」ラックと称される。
【０００３】
１９インチラックは、上記のデータセンターおよび他の大規模設備で広範囲に使用される。インターネットの普及により、データセンターがこれらのラックを数百個含むのは珍しいことではない。さらに、コンピュータ機器、特にコンピュータサーバおよびブレードが一層小型化していることにより、各ラック内に取付けられる電気装置の数が増加しており、適切に機器を冷却できるかについての懸念が生じている。
【０００４】
ラックに取付けられた機器によって生成される熱は、機器構成要素の性能、信頼性および有効寿命に対して悪影響を及ぼす可能性がある。特に、筺体内に収納されている、ラックに取付けられた機器は、動作中に筺体の範囲内で生じる熱蓄積およびホットスポットに対して脆弱であり得る。機器のラックによって生成される熱量は、動作中にラック内の機器によって引込まれる電力量に依存する。また、電子機器のユーザは、ニーズが変化し新たなニーズが生じると、ラックに取付けられた構成要素を追加したり、取外したり、再配置したりし得る。
【０００５】
従来、ある構成において、データセンターは、データセンタールームの周囲近辺に位置決めされた、典型的に硬く配管された静止ユニットであるコンピュータルーム空調機（「ＣＲＡＣ」）ユニットによって冷却されてきた。これらのＣＲＡＣユニットは、ユニットの正面から空気を吸入し、より低温の空気をデータセンタールームの天井に向けて上方に出力する。他の実施形態では、ＣＲＡＣユニットは、データセンタールームの天井付近から空気を吸入し、より低温の空気を上げ床の下に吐出して機器ラックの正面に送る。一般に、このようなＣＲＡＣユニットは、室温空気（約７２°Ｆ）を吸入し、低温空気（約５５°Ｆ）を吐出し、低温空気はデータセンタールームに吹込まれ、機器ラックのまたはその付近の室温空気と混合される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ラックに取付けられた機器は、典型的に、ラックの正面側または空気入口側に沿って空気を引込み、構成要素に空気を通し、その後ラックの裏または通気孔側から空気を排出することによって自身を冷却する。ＣＲＡＣ型空調システムの欠点は、低温空気が室温空気と混合する点であり、非効率的である。理想的には、システムを可能な限り効率化し、かつエネルギーおよび床面積を可能な限り利用しないようにするには、可能な限り高温の空気をＣＲＡＣユニットに引込むべきであり、ＣＲＡＣによって生成された出口空気は室温を数度下回るべきである。また気流要件は、異なる数および種類の、ラックに取付けられた構成要素、ならびに異なる構成のラックおよび筺体の結果として、大幅に変動する可能性がある。
【０００７】
データセンタールームの中央もしくは中心に、またはその付近においてＣＲＡＣユニットを必要とする大規模なデータセンターについては、配管継手に起こり得る異常に関わる危険性により、データセンターの天井に冷却剤配管を固定することは望ましくないため、ＣＲＡＣユニットへの冷却剤の送達は、上げ床内に配置しなければならない。具体的には、従来のＣＲＡＣシステムによれば、ユニットの配管は、パイプの大幅な切断および手作業による接合を必要とする。漏れが一般的であり、データセンター内での水または冷却剤の漏れは、機器ラック内に収納されている機器への損傷の危険性を招き得る。少なくともこれらの理由から、大多数のデータセンターの設計者およびオペレータは、データセンターを冷却するのに頭上配管を考慮することは好まない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の概要
発明の一局面は、冷却ユニットの検知可能冷却能力を算出する方法に向けられる。ある実施形態において、当該方法は、コンプレッサの容量を取得するステップと、コンプレッサの容量からコンプレッサの熱損失を減算するステップと、コンプレッサの容量から潜在的冷却能力を減算するステップと、コンプレッサの容量からファンの電力損失を減算するステップとを含む。当該方法の実施形態はさらに、冷却ユニットのパラメータを測定することによって冷却ユニットの能力を最適化するステップと、測定されたパラメータに基づいて冷却ユニットの構成要素を操作するステップとを含み得る。当該方法はさらに、冷却ユニットに入る空気の入口空気温度を検知するステップと、冷却ユニットを出る空気の出口空気温度を検知するステップとを含み得る。当該方法は、冷却ユニットに入る空気の空気流量を制御するステップも含み得る。
【０００９】
発明の別の局面は、圧力をかけて冷却剤を供給するためのコンプレッサと、コンプレッサに流体連通するコンデンサと、コンデンサ上である量の空気を移動させるように構成された第１の空気移動装置とを含む冷却ユニットに向けられる。第１の空気移動装置は、コンデンサ上で送達される空気の量を変動させるための可変速ファンを含む。冷却ユニットはさらに、コンデンサおよびコンプレッサに流体連通するエバポレータと、コンデンサの測定値を得るように位置決めされた第１のセンサと、コンプレッサに連通するコントローラとを含む。コンデンサ、第１の空気移動装置、エバポレータおよび第１のセンサ、コントローラは、第１のセンサによって検出された測定値に応答して、第１の空気移動装置のファンの速度を制御するように構成され得る。冷却ユニットの実施形態はさらに、コンデンサ上で空気を移動させるように構成された第２の空気移動装置と、エバポレータの測定値を得るように位置決めされた第２のセンサとを含み得る。コントローラは、第２のセンサによって検出された測定値に応答して、第２の空気移動装置のファンの速度を制御するように構成され得る。
【００１０】
発明の追加的な局面は、圧力をかけて冷却剤を供給するためのコンプレッサと、コンプレッサに流体連通するコンデンサと、コンデンサおよびコンプレッサに流体連通するエバポレータと、コンデンサ上である量の空気を移動させるように構成された第１の空気移動装置とを含む冷却ユニットに向けられる。第１の空気移動装置は、コンデンサ上で送達される空気の量を変動させるための可変速ファンを含む。冷却ユニットはさらに、エバポレータの測定値を取得するように位置決めされた第１のセンサと、コンプレッサに流体連通するコントローラとを含む。コンデンサ、エバポレータ、第１の空気移動装置、および第１のセンサ、コントローラは、第１のセンサによって検出された測定値に応答して、第１の空気移動装置のファンの速度を制御するように構成され得る。
【００１１】
発明の別の局面は、冷却ユニットのコンデンサを介する冷却剤流を制御する方法に向けられる。一実施形態において、当該方法は、コンデンサのパラメータを測定するステップと、測定されたパラメータが所定のしきい値を上回ると、冷却剤をコンデンサからエバポレータに回すことによって、コンデンサを介する冷却剤流を減少させるステップとを含む。特定の実施形態では、パラメータは、コンデンサから流れる冷却剤の圧力である。
【００１２】
発明のさらなる局面は、冷却ユニットのコンデンサとエバポレータとの間の迅速な冷却剤圧力の均一化を提供する方法に向けられ、コンデンサおよびエバポレータは、冷却ユニットのコンプレッサに流体連通する。一実施形態において、当該方法は、コンプレッサの動作を動作可能状態と動作不能状態との間で操作するステップと、コンデンサおよびエバポレータのパラメータを操作するステップと、コンプレッサが動作不能状態にあるとき、所定のしきい値未満にパラメータを維持するために冷却剤をコンデンサからエバポレータに回すステップとを含む。ある実施形態において、コンプレッサが動作不能状態にあるとき、パラメータは、コンデンサとエバポレータとの間の冷却剤の差圧である。
【００１３】
発明の別の局面は、コンデンサからエバポレータに、エバポレータからコンプレッサに、かつコンプレッサから冷却ユニットのコンデンサに冷却剤を流れさせるように構成された冷却ユニットに流れる冷却剤の循環を向上させる方法に向けられ、バイパス弁が、冷却ユニットのコンデンサとエバポレータとの間に位置決めされて、コンデンサからエバポレータに流れる冷却剤をコンデンサに回す。当該方法は、バイパス弁のパラメータを測定するステップと、パラメータが所定のしきい値を上回ると、バイパス弁の動作を操作するステップとを含む。特定の実施形態において、パラメータは、バイパス弁の位置である。
【００１４】
発明のさらなる局面は、コンデンサ上の気流を制御する方法に向けられ、コンデンサのパラメータを測定するステップと、測定されたパラメータが第１の所定のしきい値を上回ると、コンデンサ上の気流を増加させるステップと、測定されたパラメータが第２の所定のしきい値未満であると、コンデンサ上の気流を減少させるステップとを含む。一実施形態において、パラメータは、コンデンサから流れる冷却剤の圧力である。
【００１５】
発明のさらに別の局面は、エバポレータ上の気流を制御する方法に向けられ、エバポレータのパラメータを測定するステップと、測定されたパラメータが第１の所定のしきい値未満であると、エバポレータ上の気流を増加させるステップと、測定されたパラメータが第２の所定のしきい値を上回ると、エバポレータ上の気流を減少させるステップとを含む。一実施形態において、パラメータは、エバポレータから流れる冷却剤の圧力である。
【００１６】
発明の別の局面は、コンデンサとエバポレータとを有する冷却ユニット内の気流を制御する方法に向けられる。一実施形態において、当該方法は、コンデンサから流れる冷却剤のパラメータを測定するステップと、冷却剤のパラメータが第１の所定のしきい値を上回ると、コンデンサ上の気流を増加させるステップと、冷却剤のパラメータが第２の所定のしきい値未満であると、コンデンサ上の気流を減少させるステップと、エバポレータから流れる冷却剤のパラメータを測定するステップと、冷却剤のパラメータが第３の所定のしきい値未満であると、エバポレータ上の気流を増加させるステップと、冷却剤のパラメータが第４の所定のしきい値を上回ると、エバポレータ上の気流を減少させるステップとを含む。ある実施形態において、所定のしきい値のうちのいずれかは圧力および温度の一方である。
【００１７】
発明のさらなる局面は、モジュール式自立型冷却ユニットを制御する方法に向けられる。当該方法は、冷却ユニットの第１の熱交換器上の空気を、第１の熱交換器を介して流れる冷却剤を冷却するように方向付けるステップと、冷却された冷却剤を第１の熱交換器から第２の熱交換器に方向付けるステップと、第２の熱交換器上の空気を、空気を冷却するように方向付けるステップと、冷却された空気を冷却ユニットから排出するステップと、第２の熱交換器から第１の熱交換器に方向付けられている冷却剤の一部分を第２の熱交換器に回すステップとを含む。一実施形態において、第２の熱交換器上の空気を方向付けるステップは、空気の速度を変動させるステップを含む。別の実施形態において、冷却剤の一部分を回すステップおよび空気の速度を変動させるステップは、コントローラのＰＩＤ制御によって制御される。
【００１８】
発明のさらなる局面は、ハウジングと、ハウジングに連結されたコンプレッサと、ハウジングに連結された第１の熱交換器と、ハウジングに連結され、かつ第１の熱交換器上の空気を方向付けるように構成された少なくとも１つの第１の空気移動装置と、ハウジングに連結された第２の熱交換器と、ハウジングに連結され、かつ第２の熱交換器上の空気を方向付けるように構成された少なくとも１つの第２の空気移動装置とを含む冷却ユニットに向けられる。第２の空気移動装置は、少なくとも１つの可変速ファンを含む。冷却ユニットはさらに、コンプレッサに流体連通する導管システムと、第１の熱交換器と、第２の熱交換器と、コンプレッサとを含む。ある実施形態において、冷却ユニットは、導管システムに設けられたバイパス弁をさらに含む。バイパス弁は、コンプレッサからの冷却剤の一部分を第２の熱交換器に回すように構成され得る。別の実施形態において、第１の熱交換器はコンデンサユニットを含み、第２の熱交換器はエバポレータユニットを含む。冷却ユニットはさらに、バイパス弁の動作を制御するためのコントローラを含み得る。
【００１９】
開示の別の局面は、コンプレッサと、コンプレッサに流体連通するコンデンサと、コンデンサに流体連通する熱膨張弁と、熱膨張弁に流体連通するエバポレータと、コンプレッサおよびエバポレータに流体連通する高温ガスバイパス弁とを含む種類の冷却ユニットの正味の検知可能冷却能力を算出する方法に向けられる。一実施形態において、当該方法は、コンプレッサからの流体の吐出圧力およびエバポレータからの吸引圧力を測定するステップと、コンプレッサから流れる流体の凝結温度およびエバポレータから流れる流体の気化温度を算出するステップと、コンプレッサから流れる流体の質量流量を算出するステップと、コンプレッサから流れる流体、熱膨張弁から流れる流体、およびエバポレータから流れる流体のエンタルピーを算出するステップと、高温ガスバイパス弁を介して流れる流体の質量流量を算出するステップと、正味の検知可能冷却能力を算出するステップとを含む。
【００２０】
当該方法の実施形態は、以下の式を採用することによって正味の検知可能冷却能力を算出するステップを含み得る：
【００２１】
【数１】
0005400147.tif 000002
【００２２】
ここで、Ｐcは正味の検知可能冷却能力（ｋＷ）、
Ｑtotalは総冷却能力（Ｗ）、
Ｑcomp lossはコンプレッサの熱損失（Ｗ）、
Ｃは凝結物生成率（ｌｂｓ／時）、
1052.6は１ポンドの水を凝結させるのに必要なエネルギー量、
0.2928104はＢＴＵ／時をワットに変換、
1000はワットをキロワットに変換する。
【００２３】
総冷却能力は、以下の式を採用することによって判定され得る：
【００２４】
【数２】
0005400147.tif 000003
【００２５】
ここで、Ｑtotalは総冷却能力（Ｗ）、
ＭはＡＲＩ−５４０の質量流量係数を使用することによって算出される冷媒の質量流量（ｋｇ／秒）、
ｈsuction gasはエバポレータコイル入口でのガス冷媒のエンタルピー（Ｗ／ｋｇ）、
ｈmix evaporator inletはエバポレータコイル入口での混合冷媒のエンタルピー（Ｗ／ｋｇ）、
Ｍbypassはバイパス弁を介して迂回される冷媒の質量流量（ｋｇ／秒）、
ｈhot gasはコンプレッサ出口での高温のガス冷媒のエンタルピー（Ｗ／ｋｇ）、および
ｈliquidは膨張弁入口での液体冷媒のエンタルピー（Ｗ／ｋｇ）である。
【００２６】
正味の検知可能冷却を算出するステップは、総冷却を算出するステップを含み得る。当該方法はさらに、バイパス弁のパラメータを測定するステップと、パラメータが所定のしきい値を上回るとバイパス弁の動作を操作するステップとを含み得る。パラメータは、バイパス弁の位置であり得る。別の実施形態において、パラメータは差圧である。差圧の判定は、吐出圧力センサを介して流れる流体の圧力を測定することと、吸引圧力センサを介して流れる流体の圧力を測定することとによって実現され得る。
【００２７】
開示のさらなる局面は、ハウジングと、ハウジングに連結されたコンプレッサと、ハウジングに連結された第１の熱交換器と、ハウジングに連結された第２の熱交換器と、第２の熱交換器への流体の送達を制御するように構成された熱膨張弁と、コンプレッサ、第１の熱交換器、第２の熱交換器、熱膨張弁、およびコンプレッサに流体連通する導管システムと、導管システムに設けられたバイパス弁とを含み、バイパス弁は、コンプレッサからの冷却剤の一部分を第２の熱交換器に回すように構成され、さらに熱膨張弁およびバイパス弁の動作を制御するためのコントローラを含む冷却ユニットに向けられる。コントローラは、冷却ユニットから得られたパラメータに基づいて冷却ユニットの正味の検知可能冷却能力を算出するように構成され得る。
【００２８】
冷却ユニットの実施形態はさらに、ハウジングに連結され、かつ第１の熱交換器上の空気を方向付けるように構成された少なくとも１つの第１の空気移動装置と、ハウジングに連結され、かつ第２の熱交換器上の空気を方向付けるように構成された少なくとも１つの第２の空気移動装置とを含み得る。第２の空気移動装置は、少なくとも１つの可変速ファンを含み得る。第１の熱交換器は、コンデンサユニットを含み得る。第２の熱交換器は、エバポレータユニットを含み得る。
【００２９】
開示のさらなる局面は、コンプレッサと、コンプレッサに流体連通する第１の熱交換器と、コンプレッサおよび第１の熱交換器に流体連通する第２の熱交換器と、第２の熱交換器への流体の送達を制御するように構成された熱膨張弁と、コンプレッサおよび第１の熱交換器に流体連通するバイパス弁とを含み、バイパス弁は、コンプレッサからの冷却剤の一部分を第２の熱交換器に回すように構成され、さらに熱膨張弁およびバイパス弁の動作を制御するコントローラを含む冷却ユニットに向けられる。コントローラは、冷却ユニットから得られたパラメータに基づいて冷却ユニットの正味の検知可能冷却能力を算出するように構成され得る。
【００３０】
冷却ユニットの実施形態はさらに、ハウジングに連結され、かつ第１の熱交換器上の空気を方向付けるように構成された少なくとも１つの第１の空気移動装置と、ハウジングに連結され、かつ第２の熱交換器上の空気を方向付けるように構成された少なくとも１つの第２の空気移動装置とを含み得、第２の空気移動装置は、少なくとも１つの可変速ファンを含む。一実施形態において、第１の熱交換器はコンデンサユニットを含み、第２の熱交換器はエバポレータユニットを含む。
【００３１】
開示のさらに別の局面は、コンプレッサと、コンプレッサに流体連通するコンデンサと、コンデンサに流体連通する熱膨張弁と、熱膨張弁に流体連通するエバポレータと、コンプレッサおよびエバポレータに流体連通する高温ガスバイパス弁と、コンプレッサおよびコンデンサ、ならびにエバポレータおよびコンプレッサの間に配置された複数の温度および圧力検知装置に連結されたコントローラとを含む冷却ユニットに向けられる。一実施形態において、コントローラは、コンプレッサから流れる流体の凝結温度およびエバポレータから流れる流体の気化温度を算出し、コンプレッサから流れる流体の質量流量を算出し、コンプレッサから流れる流体、熱膨張弁から流れる流体、およびエバポレータから流れる流体のエンタルピーを算出し、高温ガスバイパス弁を介して流れる流体の質量流量を算出するように構成される。当該方法は、正味の検知可能冷却能力を算出し得る。プロセッサはさらに、コンプレッサからの流体の吐出圧力およびエバポレータからの吸引圧力の測定を処理するように構成され得る。
【００３２】
当該方法の実施形態は、高温ガスバイパス弁の両端の差圧を測定することと、高温ガスバイパス弁を有する冷却システムについて作成された公式を採用することとによって、高温ガスバイパス弁を介して流れる流体の質量流量を算出するステップを含む。差圧の判定は、吐出圧力センサを介して流れる流体の圧力を測定することと、吸引圧力センサを介して流れる流体の圧力を測定することとによって実現され得る。
【００３３】
開示の別の局面は、プロセッサに、コンプレッサからの流体の吐出圧力およびエバポレータからの吸引圧力の測定を処理させ、コンプレッサから流れる流体の凝結温度およびエバポレータから流れる流体の気化温度を算出させ、コンプレッサから流れる流体の質量流量を算出させ、コンプレッサから流れる流体、熱膨張弁から流れる流体、およびエバポレータから流れる流体のエンタルピーを算出させ、高温ガスバイパス弁を介して流れる流体の質量流量を算出させ、正味の検知可能冷却能力を算出させる指示を含む指示のシーケンスが格納されたコンピュータ読取可能媒体に向けられる。
【００３４】
コンピュータ読取可能媒体の実施形態は、高温ガスバイパス弁の両端の差圧を測定することと、高温ガスバイパス弁を有する冷却システムについて作成された公式を採用することとによって、高温ガスバイパス弁を介して流れる流体の質量流量を算出するステップを含み得る。差圧の判定は、吐出圧力センサを介して流れる流体の圧力を測定することと、吸引圧力センサを介して流れる流体の圧力を測定することとによって実現され得る。
【００３５】
図面の簡単な説明
添付の図面は、縮尺どおりに描かれるとは意図されていない。図面において、様々な図に例示される同一またはほとんど同一の構成要素は同じ数字によって表される。明確にする目的で、あらゆる図面においてあらゆる構成要素がラベリングされるとは限らない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態の冷却ユニットの斜視図である。
【図２】図１に示される冷却ユニットの構成要素の斜視図である。
【図３】冷却ユニットの正面パネルが取除かれた、冷却ユニットの正面図である。
【図４】下部空気遮蔽パネルが取除かれた、図３と同様の図である。
【図５】ファントレイアセンブリが冷却ユニットから部分的に取除かれた、図４に示される冷却ユニットの斜視図である。
【図６】冷却ユニットのサイドパネルが取除かれた、図１と同様の斜視図である。
【図７】発明の一実施形態の冷却ユニットのシステムブロック図である。
【図８】冷却ユニットの動作状態およびモードのシステムブロック図である。
【図９】凝結状態のシステムブロック図である。
【図１０】高温ガスバイパス弁状態のシステムブロック図である。
【図１１】高温ガスバイパス弁制御のシステムブロック図である。
【図１２】コンデンサファン速度制御のシステムブロック図である。
【図１３】エバポレータファン速度制御のシステムブロック図である。
【図１４】発明の実施形態の式を用いた冷却能力の算出を示すフローチャートである。
【図１５】発明の実施形態の式を用いた冷却能力の算出を示すフローチャートである。
【図１６】発明の実施形態の式を用いた冷却能力の算出を示すフローチャートである。
【図１７】発明の実施形態の式を用いた冷却能力の算出を示すフローチャートである。
【図１８】発明の実施形態の式を用いた冷却能力の算出を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
詳細な説明
本発明の用途は、以下の説明に記載されるか、または図面に例示される構造の詳細および構成要素の配置に限定されない。発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実行することが可能である。また、ここで使用される表現および用語は、説明のためであり、限定的と見なされるべきではない。ここでの「含む」、「備える」、または「有する」、「包含する」、「伴う」、ならびにそれらの変形の使用は、その後に列挙される項目と、それらの均等物、および追加的な項目を包括的に含むことが意味される。
【００３８】
本発明の少なくとも１つの実施形態は、データセンターの機器筐体またはラック内に収納された電子機器を冷却するように選択的に構成可能なモジュール式冷却システムに向けられる。ここで使用される限りにおいて、「筺体」および「ラック」は、電子機器を支持するように設計された装置を説明するために使用される。このような冷却システムは、データセンター内で局所的な冷却を提供するために、必要に応じて１つ以上の冷却ユニットを採用することが可能である。具体的には、より効率的にデータセンターを冷却するために、多数の冷却ユニットを機器ラックの一列に点在させ得る。電子機器によって生成される暖かい空気の循環経路が大幅に短縮され、それによって、データセンター内での高温空気と低温空気との混合がほぼなくなる。
【００３９】
データセンターは典型的に、ある例において、データセンター内で数列に配置された何百もの電子機器ラックを収納するように設計された大きな部屋である。機器ラックの列は、低温通路と高温通路とが存在するように配置される。低温通路は、電子機器が典型的にアクセスされる筺体の正面へのアクセスを提供する。高温通路は、機器ラックの背面へのアクセスを提供する。要件が変化すると、データセンターの機能要件に依存して、機器ラックの数が増減され得る。冷却システムの少なくとも１つの実施形態は、モジュール式であり拡張可能であり、変化するニーズを満たすように設計されたキットの形態を取り得る。また、上記のように、このような冷却システムのための用途として比較的大きなデータセンターについて述べるが、本発明のシステムは拡張可能であり、より小さい規模のより小さい部屋において、かつデータセンター以外の用途に採用され得る。
【００４０】
一実施形態において、冷却システムは複数の冷却ユニットを含み得、各冷却ユニットは、冷却システムの構成要素を支持するように適合化されたハウジングを有する。たとえば、冷却ユニットの構成要素は、熱交換器に冷却剤を送達するように構成された導管システムに連結された第１および第２の熱交換器を含み得る。熱交換器を横切って空気を移動させるためにファンが設けられ得る。冷却ユニットは、機器ラックの一列に配置され、デーセンター内の高温空気をたとえば高温通路から吸入して、空気を周囲温度より若干低く冷却するように構成され得る。この構成は、高温空気を室温空気と混合させて暖かい空気混合物を得るという非効率性を排除する。この構成は、データセンターの空調システムによって提供される潜在的な冷却も減少させ、それによって加湿の必要性を減少させ得る。
【００４１】
ある実施形態において、冷却ユニットの構成要素は、冷却ユニットを設置する人物が専用ツールを必要としないようにキットの形態で提供され得る。各冷却ユニットは、システムの能力、流量、冷却剤および空気の入口および出口温度、ならびに冷却ユニット全体にわたって得られた圧力測定値から取得される差圧を検知し表示する能力を含むため、冷却ユニットのモジュール性によって、ユーザは各冷却ユニットの配置を最適化することが可能となる。したがって、冷却ユニットは、データセンター内での最大効率および最適な使用のために採用され、移動され得る。
【００４２】
典型的なデータセンターは、複数の機器ラックを収納するように設計された部屋を含む。一実施形態において、各機器ラックは、２００４年１１月１７日出願の、「機器筺体キットおよびアセンブリ方法（EQUIPMENT ENCLOSURE KIT AND ASSEMBLY METHOD)」と題され、かつ本発明の譲受人によって所有され、ここに引用により援用される米国特許出願番号第１０／９９０，９２７号に開示されている教示に従って構成され得る。さらに、機器ラック間のケーブル接続は、ここに引用により援用され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，９６７，２８３号に開示されるようなラックのルーフに含まれるケーブル配電溝を使用して実施され得る。
【００４３】
具体的には、機器ラックは、データ処理、ネットワーキングおよび電気通信機器などの電子構成要素を支持するように適合化されたフレームまたはハウジングを含む。ハウジングは、正面、背面、側面、底部、および頂部を含む。各機器ラックの正面は、機器ラックの内部へのアクセスを可能にするように正面ドアを含み得る。機器ラックの内部およびラックによって収納された機器へのアクセスを防ぐために、ロックが設けられ得る。機器ラックの側面は、側面を覆ってラックの内部領域を囲むように構成された少なくとも１枚のパネルを含み得る。機器ラックの背面は、ラックの背面からの機器ラックの内部へのアクセスを提供するために少なくとも１枚のパネルまたは背面ドアも含み得る。ある実施形態では、側面および背面パネルは、機器ラックの内部領域に対して空気を流出入させることを可能にするために、正面ドアおよび裏面ドアと同様に、たとえば穿孔されたシートメタルで作製され得る。さもなければ、パネルは中実の材料で作製され得る。
【００４４】
機器ラックは構造がモジュール式であり、たとえばデータセンターの一列内において、所定の位置に、および所定の位置から転がるように構成される。データセンターの床に沿ってラックを転がすことを可能にするために、各機器ラックの底部にキャスタが固定される。一旦位置決めされると、列内の適所に機器ラックを固定して設置するために、レベリングフットが配置され得る。このような機器ラックに採用されるキャスタおよびレベリングフットの一例は、米国特許出願番号第１０／９９０，９２７号に詳細に開示される。
【００４５】
所定の位置につくと、機器ラックの内部領域に電子機器が位置決めされ得る。たとえば、機器は、機器ラックの内部領域内に固定された棚に配置され得る。電気およびデータ通信を供給するケーブルは、機器ラックの頂部を通り、開口部が形成された機器ラックの頂部のカバー（または米国特許第６，９６７，２８３号に記載されているような「ルーフ」）または機器ラックの開いた頂部のいずれかを通って設けられ得る。本実施形態では、ケーブルは、ラックのルーフに沿って配設され得るか、または前述のケーブル配電溝内に設けられ得る。別の実施形態では、ケーブルは上げ床内に配置され、機器ラックの底部を通って電子機器に接続され得る。両方の構成によって、機器ラックに電力線および通信線が設けられる。
【００４６】
上述のように、データセンターは典型的に、低温空気が低温通路からラックに引込まれ、暖かいまたは高温空気がラックから高温通路に排出されるように配置された機器ラックの列で構成される。機器ラックを２列に構成してもよく、手前の列の機器ラックの正面は前方に配置され、遠い方の列の機器ラックの背面は後方に配置される。しかし上記のように、典型的なデータセンターには多数列の機器ラックがあり、機器ラックの正面が互いに対面して低温通路を規定し、機器ラックの背面が互いに対面して高温通路を規定する状態で列が配置され得る。
【００４７】
データセンター内の熱蓄積およびホットスポットに対処し、かつ一般にデータセンター内の気候制御問題に対処するために、一実施形態においてモジュール式冷却ユニットが提供される。上述のように、データセンターまたは部屋内の冷却要件によって、複数の冷却ユニットが提供され得る。一実施形態において、データセンターに設けられた機器ラック２つごとに冷却ユニットが１つあるような配置とする。しかし、当業者は、本開示の利益を前提として、データセンターの環境条件に基づいてより多いかまたはより少ない冷却ユニットをデータセンター内に設け得ると理解されるべきである。さらに一部の実施形態では、冷却ユニットの密度および配置は、データセンターで最も高温のラックの配置に基づいて、またはデータセンター情報管理システムによって取得され分析された情報に基づいて、調整され得る。また、発明の実施形態の冷却ユニットは、２００６年２月１０日出願の、各々「冷却システムおよび方法（COOLING SYSTEM AND METHOD）」と題され、かつ本発明の譲受人によって所有され、引用によってここに援用される米国特許出願番号第１１／３３５，８７４号、第１１／３３５，８５６号、および第１１／３３５，９０１号に開示されている種類の冷却システムなどの他の種類の冷却システムと組合わせて使用され得る。
【００４８】
発明の実施形態の冷却ユニットは、２つのセクションもしくはモジュールを有するように構成され得、機器格納ラックによって収納された電気構成要素を冷却するために、データセンター、機器室、または配線クローゼット内に構成され得る閉ループ冷却システムをともに規定する。一実施形態において、冷却ユニットの下側モジュールは、電気構成要素によって生成された、たとえば「高温」通路から得られる加熱された空気を引込むように構成された一組のエバポレータファンを含む。この加熱された空気は、空気を冷却するために、冷却剤媒体（たとえば冷媒）を含むコイルを有するエバポレータを介して引込まれる。エバポレータファンによって下側モジュールに引込まれた暖かい空気がエバポレータ上を流れて、空気が冷却されるような配置とする。冷却された空気は、冷却ユニットの正面を介して環境に強制的に戻される。冷却要件に基づいて、他の気流パターンを設けてもよい。
【００４９】
エバポレータのコイルに含まれる冷却剤に吸収された熱は、下側モジュール上に載っている上側モジュールに伝送される。この上側モジュールは、下側モジュールから上側モジュールに伝達された加熱された冷却剤を冷却するように適合化されたコンデンサを有する。コンデンサに加え、上側モジュールは、一組のコンデンサファンと、相対的に低温の空気を上側モジュールに引込むために上側モジュールの頂部に形成された開口部に流体連通する第１のおおむね鉛直なプレナムとを含む。第２のおおむね水平なプレナムが、第１のプレナムによって一組のコンデンサファンに方向付けられた空気を取込み、当該空気をコンデンサ上に方向付ける。相対的に低温の空気は、コンデンサ上を流れるにつれて加熱される。加熱されると、空気は、上側モジュールの頂部に形成された２つの開口部の一方を介して流れる。液体の冷却剤がエバポレータに戻るように方向付けられ、サイクルが再び開始する。ロータリーコンプレッサなどのコンプレッサは、気化した冷却剤をエバポレータからコンデンサに圧送する。コンプレッサ、エバポレータファン、およびコンデンサファンはすべてコントローラによって制御される。一実施形態において、能力制御および効率を向上させるために、コンプレッサユニットによってコンデンサに送達される暖かい冷却剤を、バイパス弁によってエバポレータに回してもよい。
【００５０】
発明の実施形態において、上述した凝結機能を行うように下側モジュールを構成し、上述した気化機能を行うように下側モジュールを構成し得ると理解されるべきである。
【００５１】
一実施形態において、コントローラは、コントローラによって取得される環境パラメータに基づいた冷却システムの動作を制御するように適合化される。一般に、従来の冷却システムでは、個々の冷却ユニットは互いに通信することができない。たとえば、コントローラは、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスによって互いに通信する冷却ユニットに設けられる複数のコントローラを包含し得る。他の実施形態において、冷却ユニットのコントローラの動作を制御するためにマスターコントローラが設けられ得る。各冷却ユニットにはディスプレイが設けられ得、コントローラに操作可能に連結される。ディスプレイは、限定はしないが、データセンターの冷却ユニットにおける温度および湿度、冷却ユニットに出入りする空気の温度、冷却ユニットに出入りする冷却剤の温度、冷却ユニットに入る冷却剤の流量、冷却ユニットの冷却能力などの、データルームの環境条件を表示するように適合化される。このような情報を入手するために、好適なモニターおよび／またはゲージが設けられ得る。代替的に、または前述の実施形態に加えて、集積データセンター制御および監視システムに設けられたユニットに環境条件を表示してもよい。
【００５２】
図１〜図６、より特定的には図１を参照して、発明の一実施形態の冷却ユニットが全体的に１０で示される。図示されるように、冷却ユニット１０は、部屋内の空気を処理するように構成された下側モジュール１２および上側モジュール１４を含む。一実施形態では、冷却ユニット１０は、フレームもしくはハウジング１６を含み、下側モジュールおよび上側モジュールのフレームを形成する２つの別個のハウジングに、または単一の一体のハウジングとして構成され得る。冷却ユニット１０は、正面１８、背面２０、対向する側面２２、２４、底部２６、および頂部２８を含む。冷却ユニットの各側面２２、２４は、側面を覆って冷却ユニットの内部領域を囲むように構成された少なくとも１枚のパネル（指定せず）を含み得る。冷却ユニットの正面および背面は、冷却ユニットの内部へのアクセスを提供するために、少なくとも１枚の取外し可能なパネルまたはドアを含み得る。ある実施形態において、正面パネルおよび背面パネルは、冷却ユニットの内部領域に空気を流入させ流出させるために、たとえば穿孔された板金で作製され得る。冷却ユニットの移動性を高め、かつ安定した位置に冷却ユニットを設定するために、キャスタおよびレベリングフット（両方とも図示せず）が設けられ得る。図１に示される冷却ユニット１０の他の詳細は、冷却ユニットの説明が進むにつれて以下でより詳細に考察されるであろう。
【００５３】
図２を参照して、冷却ユニットのハウジング１６およびパネルを示さずに、冷却ユニット１０の内部構成要素が例示される。冷却ユニット１０の構成要素は、ここに図示し説明される態様で、冷却ユニットのハウジング１６に好適に固定され、ハウジング１６内に閉じ込められる。冷却ユニット内の気流は、特に図６を含む他の図面を参照して、以下でより詳細に考察されるであろう。図２の１つの目的は、冷却ユニットの作動構成要素を介する冷却剤媒体（たとえば、Ｒ１３４Ａ冷却剤およびＲ４１０Ａ冷却剤などの液体冷却剤）の流れを例示することである。
【００５４】
図示されるように、コンプレッサ３０は、高温のガス冷却剤を圧力をかけて冷却ユニット１０の構成要素に送達するために設けられる。加圧された冷却剤は、コンプレッサ３０をコンデンサ３４に接続する吐出管３２を介して進行する。コンデンサに入るときの冷却剤の温度および圧力を測定するために、温度センサ（図示せず）および第１の圧力トランスデューサ３６がコンデンサ３４に隣接して設けられ得る。温度センサおよび圧力トランスデューサ３６の目的は、以下でより詳細に考察されるであろう。コンプレッサへの電力を切断する必要がある許容圧力逸脱状態を冷却剤が経た場合に、コンプレッサを停止させ、それによりコンデンサへの冷却剤の送達を止めるために、高圧スイッチ３８がさらに設けられ得る。コンデンサ３４は、加熱された冷却剤をコンデンサのコイル内で冷却するように構成された熱伝導性フィン（図示せず）を有するコイル４０を含む。コンデンサコイル４０上の気流は、冷却ユニット１０の気流構成（たとえば図６）に向けられた図面を参照して、以下でより詳細に考察されるであろう。冷却剤がコンデンサ３４内で冷却される（たとえば、冷却剤を気化状態から凝結状態に遷移させる）と、冷却剤は、別の液体管４２を通ってエバポレータ４４に進行する。冷却剤は、まずフィルタドライヤ４６を介して進行し、冷却剤内の不純物を除去し、かつ望ましくない非凝結物を取除く。フィルタドライヤ４６を通過すると、冷却剤は熱膨張弁４８を介して進行し、エバポレータ４４に入る前に冷却剤が調整される。
【００５５】
次に、低圧冷却剤はディストリビュータ５０に入り、（図２において各々５２で示される）いくつか（たとえば３本）の導管のうちの１本によって、エバポレータに分配される。図示されるように、１本の導管５２は、エバポレータの上部付近においてエバポレータ４４に冷却剤を送達する。第２の導管５２は、エバポレータ４４の中央に冷却剤を送達する。最後に、第３の導管５２は、エバポレータ４４の下部に冷却剤を送達する。この構成は、冷却剤がエバポレータ４４に均等に分配されることを確実にし、エバポレータは、エバポレータ上を流れる比較的暖かい空気から熱が吸収され得るように金属フィン（図示せず）と熱連通するコイル５４を含むように設計される。エバポレータ４４上を通過する暖かい空気によって加熱されると、気化した冷却剤は、吸引配管５６の一セクションによってコンプレッサ３０に戻るように進行する。しかし、コンプレッサ３０に入る前に、冷却剤は、コンプレッサ吸引アキュムレータ５８を通過し、これによって、冷却剤が気化状態でコンプレッサ３０に入ることが確実となる。別の温度センサ６０および別の圧力トランスデューサ６２がコンプレッサ３０に隣接して設けられ得る。その目的は、以下でより詳細に考察されるであろう。エバポレータによって生成された凝結物を集めるために、凝結物パン３５がエバポレータ４４の下に配置され得る。
【００５６】
高温の冷却剤がコンプレッサ３０からコンデンサ３４に流れるような配置とする。冷却剤がコンデンサ３４に入る前に、冷却剤の圧力および温度測定値が取られる。コンデンサ３４は、コンデンサコイル４０上を通過する比較的低温の空気によって冷却剤を冷却する。冷却されると、冷却剤はエバポレータ４４に進行する。通常はコンプレッサ３０からコンデンサ３４に方向付けられる冷却剤を、吐出管６６によってエバポレータ４４に回すために、バイパス弁６４が設けられ得る。たとえばバイパス弁に設けられたステッパモータでバイパス弁６４を開くことによって、コンデンサに進行する冷却剤の一部分がディストリビュータ５０を経由してエバポレータに回される。高温ガスバイパス弁と呼ばれる場合もあるバイパス弁６４の動作は、冷却ユニット１０の能力を規制するように操作され得る。以下でより詳細に考察されるように、コンデンサ３４に入る冷却剤の圧力および／または温度を厳密に監視することによって、冷却ユニット１０の効率は、コンデンサから進行する冷却剤をエバポレータに迂回させることで最適化され得る。別の構成では、高温ガスバイパス弁の流量を測定するために、２つの追加的な圧力センサを高温ガスバイパス弁６４の入口および出口に隣接して位置決めしてもよい。
【００５７】
一実施形態において、コンプレッサは、ニューヨーク州シラキュースのＣａｒｒｉｅｒによって販売されている２０８−２３０／１／５０または２０８−２３０／１／６０ロータリーコンプレッサなどのロータリーコンプレッサを包含し得る。ロータリーコンプレッサを採用する場合、気化圧力と凝結圧力との差圧は、ある実施形態においては、コンプレッサを再始動するためには７．２ｐｓｉｇなどの所定の差圧未満でなければならない。気化圧力と凝結圧力との圧力均一化を促進するため、高温ガスバイパス弁６４は、コンプレッサが再始動するまで開いていてもよい。
【００５８】
図３〜図６、より特定的には図６を参照して、下側モジュール１２は、冷却ユニット１０の下側モジュールの正面に配置される、各々６８で示される複数のエバポレータファン（ここで空気移動装置と称される場合もある）を有する。エバポレータファン６８によって、冷却ユニットの下側モジュール１２の背面から、エバポレータ４４上を、開いた背面または背面パネルの穿孔のいずれかを介して空気が引かれ得るような配置とする。一実施形態において、図６に示される態様で下側モジュール１２を介して空気を引く３つのこのようなファン６８（図示のとおり）が存在し得る。しかし、ファンの寸法と、どれだけの空気がエバポレータ４４を横切って引かれるように求められているかとに依存して、いずれの数のファン６８を採用してもよい。一実施形態において、エバポレータファン６８は、コネティカット州ファーミントンのEBM Industriesによって提供されている２００ｍｍの混合流ファンであり得る。エバポレータファン６８は、冷却ユニット１０の正面１８に鉛直に固定されたファントレイ配置の一部として構成され得る、または冷却ユニットの正面１８においてハウジング１６に個々に固定され得る。図６に最もよく示されるように、エバポレータファン６８によって下側モジュールを介して引かれる空気（矢印Ａによって示す）は、エバポレータ４４のコイルおよびフィン上を流れ、コイルを流れる冷却剤を加熱する。結果として、冷却ユニット１０の正面においてエバポレータファン６８から低温の空気が吹出され、冷却ユニットの正面に隣接する空間を冷却する。
【００５９】
一実施形態において、冷却ユニットの背面２０が高温通路に隣接するように、１つ以上の冷却ユニット１０が位置決めされ得る。データセンターの冷却要件に依存して、機器筐体によって高温通路に堆積された暖かい空気を冷却するために、２つ以上の冷却ユニット１０を設けてもよい。
【００６０】
特定の構成において、冷却ユニット１０の上側モジュール１４は、３つの開口部が形成された冷却ユニットの頂部２８を含むように構成され得る。具体的には、吸入開口部７０と２つの排気開口部７２および７４とが冷却ユニット１０の頂部２８に設けられ得る。図６に最もよく示されるように、内壁７６および遮蔽パネル７８は、おおむね鉛直な軸に沿って延在する第１のプレナム８０を規定する。第１のプレナム８０は、吸入開口部７０に流体連通し、吸入開口部から、上側モジュール１４の下部においておおむね水平な軸に沿って配置された第２のプレナム８２に空気を引込む。
【００６１】
上側モジュール１４にはさらに、冷却ユニット１０のハウジングに着脱可能に固定されたトレイ８４が設けられ、トレイには、各々８６で示される３つのコンデンサファンが固定されている。トレイ８４およびコンデンサファン８６がおおむね水平な平面に沿って配置され、第２のプレナム８２の上側壁を規定するような配置とする。コンデンサファン８６は、比較的低温の空気を第１のプレナム８０から第２のプレナム８２に引込み、かつコンデンサコイルを流れる低温の冷却剤を冷却するようコンデンサ３４を横切って空気を吹くように構成される。空気は、コンデンサ３４を流れ、冷却ユニット１０の上側モジュール１４の頂部２８に形成された２つの排気開口部７２および７４から流出する。上側モジュール１４を通る気流経路は、図６の矢印Ｂによって描かれる。一実施形態において、排気開口部７２および７４は、暖かい空気をデータセンターまたは部屋から送出するために、排気ダクト（図示せず）に流体連通し得る。別の実施形態において、機器筐体から離れる方に、データセンターまたは部屋の頂部に空気を方向付けてもよい。さらなる実施形態において、１つの排気開口部または３つ以上の排気開口部を設けてもよい。当業者は、本開示の利益を前提として、ここでの教示と一致するいずれかの所望の態様で冷却ユニットを構成し得ると理解されるべきである。
【００６２】
図６に最もよく示されるように、コンデンサファン８６は、矢印Ｂによって示されるように、吸入開口部７０から、第１および第２のプレナム８０および８２によって規定される第１の流路に沿って、排気開口部７２および７４に空気を引回す。破線で示されるように、空気は吊り天井配置からも引かれ得る。コンデンサ３４は、上側モジュール１４において第１の流路に対して鋭角に位置決めされる。エバポレータファン６８は、冷却ユニット１０の下側モジュール１２の開放端２０によって規定される吸入開口部から、矢印Ａによって示される第２の流路に沿って、冷却ユニットの下側モジュールの対向する開放端１８によって規定される排気開口部に空気を引回す。エバポレータ４４は、下側モジュール１２において第２の流路に対して鋭角に位置決めされる。請求項において、上側モジュール１４は第１のモジュールと称され、下側モジュール１２は第２のモジュールと称され得る。コンデンサ３４およびエバポレータ４４の鋭角は、コンデンサおよびエバポレータの表面積をそれぞれ最大化するように選択され得る。
【００６３】
一実施形態において、コントローラは、上述した米国特許出願番号第１１／３３５，８７４号、第１１／３３５，８５６号、および第１１／３３５，９０１号に示され開示されている表示ユニットなどの表示ユニット８８（図１参照）に動作可能に連結され得る。ある実施形態において、表示ユニット８８は、たとえば液晶ディスプレイを有し、データセンターの温度および湿度、冷却ユニットに出入りする空気の温度、冷却ユニットのエバポレータおよびコンデンサに出入りする冷却剤の温度、冷却ユニット内の冷却剤の流量などの、ある環境条件を表示する。複数の制御ボタンおよびステータスインジケータが表示ユニット８８上にさらに設けられ、オペレータが冷却システムの動作を操作し、かつある条件のステータスを迅速に判定することがそれぞれ可能となる。図示されるように、表示ユニット８８は、ディスプレイアセンブリを開口部内の正面パネルに固定するためにねじ締結具が設けられ得るシーリングガスケットおよび取付けブラケットによって、冷却ユニットの正面に形成された開口部内において冷却ユニット１０の正面１８に固定され得る。
【００６４】
図３〜図５は、コンデンサファン８６を有するトレイ８４の取外しを例示する。具体的には、図３は、冷却ユニットから冷却ユニット１０の正面パネルまたはドアが取除かれた状態を例示する。図示されるように、表示ユニット８８は、冷却ユニットのハウジング１６に固定される。１枚だけパネルを有する構成では、パネルおよび表示ユニット８８は、特定の設計に依存して、ともにまたは別個に取外され得る。図示された実施形態において、少なくとも２枚の空気遮蔽パネル９０および９２が冷却ユニット１０のハウジング１６に固定され、冷却ユニットの上側モジュール１４内に空気を閉じ込める。図４は、冷却ユニットの第２のプレナム８２が見えるように下側空気遮蔽パネル９０が取除かれた状態を例示する。下側空気遮蔽パネル９０が取外されると、ファントレイ８４は、冷却ユニット１０の正面からファントレイを単に引張ることによって、冷却ユニット１０のハウジング１６から取外され得る。ファントレイ８４は、一対の支持レール９４および９６上に載るように構成され、支持レールは、冷却ユニット１０の上側モジュール１４内においてハウジング１６に固定される。コンデンサファン８６は、エバポレータファン６８と同様に、コントローラの制御下で独立して動作可能な可変速ファンであり得る。たとえば、ファンを交換または修理するために冷却ユニット１０からファントレイ８４が容易に取外され得るような配置とする。
【００６５】
他の実施形態において、上述のように、パネル９０および９２を組合わせて単一のパネルを作成し得る。この構成では、表示ユニット８８は、ファントレイ８４にアクセスするために別個に取外さなければならない。
【００６６】
上記のように、コントローラは、冷却ユニット１０の動作を制御し、かつ外部装置との通信を提供するように構成され得る。一実施形態において、コントローラは、多数の冷却ユニット１０の動作を制御する別個の専用ユニットであり得る。別の実施形態において、コントローラは、冷却ユニット１０のうちの１つに設けられ得、コントローラを有する冷却ユニットがメイン冷却ユニットとして機能し、他の冷却ユニットは補助冷却ユニットとして機能する。さらに別の実施形態において、冷却ユニット１０の動作は、集積データセンター制御および監視システムの制御下で動作され得、各冷却ユニットは、ネットワークによって他の冷却ユニットと通信するコントローラユニットを有する。このような一実施形態において、コントローラは、冷却システムの構成要素のステータスを提供し、かつデータセンター制御システムについての制御コマンドを受取るために、データセンター制御システムと通信し得る。特定の一実施形態において、各冷却ユニット１０は、ＣＡＮバスネットワークなどのネットワークによってデータセンターコントローラと通信するコントローラを含み、このような一実施形態では、データセンターコントローラは、本発明の譲受人であるロードアイランド州ウエストキングストンのAmerican Power Conversion Corporationによって販売されているInfraStruXureＴＭなどの集積データセンター制御および監視システムを使用して実現され得る。特定の構成にもかかわらず、コントローラは、冷却ユニットの温度および圧力測定値に依存して、コンプレッサ３０からコンデンサ３４およびエバポレータ４４への冷却剤の流れを制御するように適合化される。
【００６７】
図７は、冷却ユニットと潜在的な外部装置との間の主要なインターフェイスを示す、冷却ユニット１０のシステムブロック図を例示する。図示されるように、熱負荷９８が冷却ユニット１０に与えられ、温度センサ１００が冷却ユニットの埋込式コントローラ１０２への信号を検出し送信する。一実施形態において、埋込式コントローラ１０２は、Ｐｈｉｌｉｐｓ（登録商標）ＸＡＧ４９マイクロプロセッサ（１６ＭＨｚで動作し、５１２キロバイトのフラッシュメモリ、１２８キロバイトのバッテリーでバックアップされたスタティックＲＡＭ、１６キロバイトのＥＥＰＲＯＭおよびリアルタイムクロックを有する）であり得る。図示されるように、埋込式コントローラ１０２は、たとえばＣＡＮによってネットワークマネージャ１０４と通信し得る。ネットワークマネージャ１０４は、たとえばローカルエリアネットワーク１１０（ＬＡＮ）またはローカルテストポート１１２によって、表示ユニット８８、設けられている場合はビル管理システム１０６、データセンターマネージャ１０８と通信し得る。ある実施形態において、ネットワークマネージャは、ＡＳＩＣ、４メガバイトのスタティックＲＡＭ、１６キロバイトのＥＥＰＲＯＭ、リアルタイムクロック、およびＣＡＮコントローラを含むネットワーク管理カードを採用し得る。一実施形態において、ＡＳＩＣは、５０ＭＨｚで動作するＩｎｔｅｌ（登録商標）１８６マイクロプロセッサ、および１０／１００のＢａｓｅ−Ｔネットワークインターフェイスコントローラ（ＮＩＣ）を含む。
【００６８】
動作中、冷却ユニット１０は、限定はしないが、主動作状態、凝結状態および高温ガスバイパス弁状態を含むいくつかの状態の間で機能するように構成され得る。図８に例示される主動作状態においては、冷却ユニットの動作は次のように進む：（ａ）非通電、（ｂ）スタートアップ遅延、（ｃ）オフ／スタンバイ、（ｄ）アイドル動作、（ｅ）動作異常、（ｆ）ウォームアップ動作、（ｇ）運転動作、（ｈ）ファームウェアダウンロード、および（ｉ）テスト。具体的には、電力が供給されると、冷却ユニットは、１１４の非通電状態から１１６の初期通電状態に動作可能に移動し、初期化状態変数が設定される。初期化されると、冷却ユニットは、１１８のスタートアップ遅延状態に移動し、何ら操作が行われない。（たとえば遅延タイマーによって決定される）所定の期間およびステッパモータの同期化後、冷却ユニットは１２０のオフ／スタンバイ状態に移行し、高温ガスバイパス弁が完全に開かれる。この状態では、温度および吐出圧力しきい値アラームは無効にされ（温度しきい値アラームのみが無効になるラック閉込めシステムを採用する場合以外）、ファン速度（エバポレータおよびコンデンサ）がアイドルに設定される（ラック閉込めシステムを採用する場合、またはファンが最低速度で運転する状態に保たれるプロポーショナルスポット構成（proportional spot configuration）モードにある場合以外）。オフ／スタンバイモード１２０において、冷却ユニット１０は動作の準備が完了する。
【００６９】
図示されるように、動作モードは、オフ／スタンバイ状態１２０またはアイドル動作モード１２２から１２４の運転前動作モードに移行し得る。移行は、次の条件のすべてが満たされると生じる：（１）遅延タイマーが運転していないこと、（２）コントローラによって装置が命令されたこと、（３）吸引圧力および吐出圧力が均一化されること、（４）漏れによってアイドルが要求されていないこと、および（５）インロー(in-row）または空気閉込め構成を採用した場合は冷却ユニット入口温度、またはスポット冷却構成を採用した場合は戻り空気温度が、所定の冷却設定点および不感帯（すなわちオフ／スタンバイまたはアイドルモードに戻る望ましくない移行を防ぐ許容差）を超えること。上記の移行が生じない場合は、運転前動作モード１２４への移行も生じ得、装置はコントローラに命じられている。アイドル動作モード１２２にあるときには、（１）遅延タイマーが運転していない場合、（２）吸引圧力が所定のしきい値、たとえば９２ｐｓｉｇより高い場合、（３）凝結物パンがいっぱいでない場合、（４）漏れによってアイドルが要求されていない場合、（５）ライン圧力が均一化した場合、および（６）（インローまたは閉込め構成については）冷却ユニット入口温度、または（スポット冷却構成については）戻り空気温度が所定の冷却設定点および不感帯を超える場合にも、移行が生じ得る。
【００７０】
運転前動作モード１２４中、アクティブではなくなったいずれかのイベントをクリアするために、高温ガスバイパス弁が完全に閉じられる。温度および吐出圧力しきい値アラームが有効とされ、エバポレータおよびコンデンサファンは、十分な（最大）速度で動作される。遅延タイマーは、所定の期間、たとえば２０秒に設定される。１２６でウォームアップするとき、冷却ユニットは、コンプレッサが運転する環境制御機能を供給している。この状態で、エバポレータおよびコンデンサファンは十分な（最大）速度で運転され、バイパス弁が閉じられて、システムの制御を試みる前にシステムをウォームアップさせ、安定化させることが可能となる。ウォーミングアップされると、冷却ユニットは、上述した冷却動作をもたらすように１２８で動作され得る。図８に１３０で示される異常が生じた場合、運転前１２４、ウォームアップ１２６、または運転１２８モードのいずれかにおいて、運転前ルーチン１２４が再び開始され得る。冷却ユニットはさらに、動作中、または電源投入中のいずれかにおいて、１３２でファームウェアダウンロード動作を、１３４で製造テストを行うように構成され得る。
【００７１】
アイドルモード１２２への移行は、次のイベントのうちの１つの後で生じ得る：（１）凝結物パンがいっぱいである、（２）漏れによってアイドルが要求されている場合、（３）スポット冷却構成を採用するときは、戻り空気温度が冷却設定点以下である、（４）インローもしくは閉込めシステム構成を採用するときは、冷却ユニット入口温度が冷却設定点、たとえば９０°Ｆ秒未満である、（５）高い上部圧力入力がアサートされる（かつ３０分以内に３回目のそのようなイベントが起こらない）場合、または（６）吸引圧力が所定のしきい値、たとえば９２ｐｓｉｇ未満である（かつ３０分以内に３回目のそのようなイベントが起こらない）。冷却ユニットがコントローラによって命令され、アナログセンサが異常を起こした場合、またはたとえば３０分以内に高い上部圧力イベントが３回あった場合、またはたとえば３０分以内に低い吸引圧力イベントが３回あった場合、ウォームアップモード１２６もしくは運転モード１２８のいずれかから異常モード１３０への移行が生じ得る。
【００７２】
一実施形態において、次の条件のすべてが満たされる場合、異常モード１３０から運転前モード１２４への移行が生じ得る：（１）冷却ユニットがコントローラによって命令される、（２）遅延タイマーが運転していない、（３）凝結物パンがいっぱいではない、（４）アナログセンサが異常を起こしていない、（５）たとえば、３０分以内の３回の高い上部圧力イベントがクリアされる、および（６）たとえば、３０分以内の３回の低い吸引圧力イベントがクリアされる。オフ／スタンバイモード１２０に戻る移行は、ユニットがコントローラによって命令されると生じ得る。ウォームアップモード１２６からアイドルモード１２２への移行は、次のイベントのうちの１つの後で生じ得る：（１）凝結物パンがいっぱいである場合、（２）漏れによってアイドルが要求されている、（３）離散モードにあるときには戻り空気温度が冷却設定点以下、もしくはプロポーショナルモードにあるときにはラック入口温度がたとえば９０°Ｆ秒の冷却設定点未満である、または（４）高い上部圧力入力がアサートされ、かつ３０分以内で３回目のそのようなイベントではない場合。
【００７３】
図９および図１０を参照して、凝結状態モードが図９に例示され、高温ガスバイパス弁状態モードが図１０に例示される。特に図９を参照して、凝結状態に言及すると、冷却ユニットは、１４０の非通電状態から１４２の通電状態に移行する。電源オンされると、正常な凝結物レベルが１４４に示される。凝結物パンがいっぱいになると、冷却ユニットの状態は、正常モード１４４からフルモード１４６に移行する。フルモード１４６にあるとき、凝結物パンを放出させるために、コントローラまたは一部の他の視覚的もしくは聴覚的アラームに信号が送信され得る。所定時間、たとえば１０分が経過すると、冷却ユニットの状態は、１４８のフルタイムアウトモードに移行する。他のすべての異常は、図９において１５０に示される。たとえば、異常モード１５０は、センサ、たとえばフロートセンサがコントローラに信号を送達できないときに引起こされ得る。モード１４８のように、所定時間、たとえば１０分経過後、冷却ユニットの状態は、１５２のフルタイムアウトモードに移行する。１４６、１４８、１５０、および１５２に示されている異常が解決され得、冷却ユニットが１４４の正常状態に戻る。
【００７４】
図１０を参照して、高温ガスバイパス弁状態に言及すると、冷却ユニットは、１６０の非通電状態から１６２の通電状態に移行する。電源オンされると、（たとえばコントローラまたはネットワークマネージャによって）バイパス弁にコマンドが発行されて、１６４で閉位置を同期化し、遅延タイマーが設定される。図１０の１６６に示されるように、同期化されると、冷却ユニットは、１６８の同期化後モードに移行し、コントローラまたはネットワークマネージャによって命令された場合は、同期化前の位置にバイパス弁がリセットされる。たとえば遅延タイマーによって決定された所定の遅延後、モードは１６８から１７０の準備完了モードに移行し、バイパス弁位置が記録され、同期化するよう再度命令される。この位置から、冷却ユニットはモード１６６に移行し、バイパス弁は同期化するためのコマンドを受取る。このコマンドは、バイパス弁をどれくらいの間閉じた状態に保つか、および同期化後に以前の位置に弁を戻すかを含み得る。
【００７５】
動作中、冷却ユニット１０は、上記の米国特許出願番号第１１／３３５，８７４号、第１１／３３５，８５６号、および第１１／３３５，９０１号に記載されている、ある空間内のスポット冷却、一列の機器ラック内での高温通路冷却、またはラック空気閉込め冷却のうちの１つに動作環境を設定する能力をシステムオペレータに与えるように構成される。スポット冷却用に構成されると、コントローラは、次の制御方法：バイパス弁およびファン速度をある設定点および不感帯に変調するプロポーショナル制御、または冷却ユニットの戻りもしくは遠隔空気温度があるしきい値を越えるとバイパス弁を閉じ、コンプレッサが運転する離散的な制御（たとえばエネルギー節減）の一方に選択され得る。インロー構成において遠隔空気センサを採用する場合、センサはラックの正面に隣接して配置される。冷却ユニットの温度がしきい値温度以下である場合、コンプレッサが停止される。高温通路および低温通路環境用に構成される場合、プロポーショナル制御方法が採用され得る。同様に、ラック空気閉込め用に構成される場合、プロポーショナル制御方法を使用し得る。動作しているとき、冷却ユニットは、コンプレッサの寿命を保護し最大化するように構成され得る。
【００７６】
冷却ユニット１０のコントローラおよび／またはシステムマネージャは、冷却ユニットの他の局面を監視しかつ制御するように構成され得る。たとえば、コントローラおよび／またはシステムマネージャは、電力管理、イベント管理、ユーザインターフェイス、テスト要件、凝結物の監視、漏れの監視、運転時間カウンタ、メンテナンスアラーム、故障アラーム、ならびにユーザ入力および出力を監視しかつ制御するように構成され得る。
【００７７】
具体的には、ある先行技術の冷却システムによれば、コンプレッサは動作中にオンオフを繰り返す傾向を有し、それによって、高温空気が高温通路から低温通路に流れる状況を生じさせる。なぜなら、コンプレッサが停止しているときにはエバポレータファンが動作しているからである。上述のように、コンプレッサの望ましくないサイクルに対処するために、冷却ユニット１０はバイパス弁６４およびエバポレータファン６８を含む。ある実施形態において、バイパス弁６４は、ミズーリ州ワシントンのParker-Hannifin CorporationのSporlan Divisionによって販売されている電子膨張弁である。下側モジュール１２に入る空気の温度は監視され、設定温度として使用され得る。冷却能力制御は、３つのモードのうちの１つで実現され得る。それらは、（１）（たとえばデータクローゼットにおける）スポットプロポーショナル(spot-proportional)モード、（２）（たとえば、データセンター内の高温通路／低温通路用途の）インローモード、および（３）（ＲＡＣＳ、たとえば少なくとも１つの機器ラックおよび少なくとも１つの冷却ユニットを有する密閉されたシステムにおける）ラック空気閉込めシステムである。
【００７８】
冷却負荷が最小である状況では、冷却ユニット１０に入る空気の温度は、当該温度がユニットの設定温度に近づくように低下し得る。下側モジュール１２に入る空気温度が設定温度に近づく状況では、導管６６を介してバイパス弁６４によってエバポレータ４４に高温のガスを迂回させることによって、冷却ユニットの冷却能力を低下させる。冷却ユニットの冷却能力を低下させる（または規制する）ために使用される２つの方法がある。それらは、（１）高温ガスバイパス弁の使用、および（２）可変エバポレータファン速度および高温ガスバイパス弁の併用である。
【００７９】
別の実施形態において、エバポレータファン速度を低下させることによって、冷却ユニット１０の能力を低下させる。この結果、供給空気温度が低下することになり、プロポーショナルモードにおいてはバイパス弁が供給空気温度を規制する。具体的には、特定の実施形態において、スポットプロポーショナルモードのデフォルトの供給空気設定点は５７°Ｆであり得る。別の特定の実施形態では、インローおよび閉込め空気システムモードのデフォルトの供給空気設定点は、６８°Ｆであり得、これはＡＳＨＲＡＥ基準にしたがった最低空気温度である。上述のように、温度センサ、たとえばコンプレッサ３０の入力に隣接してシステム内に設置されたセンサ６０は、コンプレッサに入る冷却剤の戻りガス温度を監視し得る。コンプレッサ３０の保護を確実にするために戻り冷却剤を所定の温度（たとえば６８°Ｆ）未満に維持するには、冷却剤バイパスの需要がある場合でも、バイパス弁６４を絞り、エバポレータファン速度を低下させればよい。
【００８０】
ある状況下では、バイパス弁６４が高温のガス冷却剤を迂回させつつ、管内の冷却剤速度を低下させる。この冷却剤速度の低下は、冷却剤内に含まれるコンプレッサ油がコンプレッサ３０に戻る能力を制限し得る。周知のように、コンプレッサ３０の作動中の構成要素を保護するために、所定量の油が冷却剤に供給され得る。ある実施形態において、バイパス弁６４は、バイパス弁が開位置で動作している場合に、２０分程度ごとに短時間、たとえばおよそ１０秒間閉じるように構成され得る。バイパス弁６４を周期的に短時間閉じることによって、管内に溜まった油がコンプレッサ３０に強制的に戻されるように、比較的高い冷却剤速度が管内で実現され得る。
【００８１】
動作中に、低い気化温度がシステムにおいて発生し得、フィルタドライヤ４６またはエアフィルタが詰まり、したがって冷却ユニット１０の冷却能力が低下する。低い気化温度は臨界状態に達し、コンプレッサに入る液体冷却剤によってコンプレッサ３０に損傷を引起こし得る。一実施形態において、この潜在的な懸念を緩和するために、冷却ユニット１０のエバポレータファン６８は、上述のように、アキュムレータ５８に隣接して配置される圧力トランスデューサ６２とともに作動する多数の（たとえば３つの）可変速ＤＣファンを包含し得る。圧力トランスデューサ６２は、コンプレッサ３０に入る冷却剤の気化圧力測定値を取得するように構成される。一例では、圧力トランスデューサ６２によって検出されるように、気化温度が所定の温度、たとえば４０°Ｆ未満に低下すると、冷却剤の飽和温度は、コントローラのファームウェアに埋込まれているルックアップテーブルから判定される。温度センサ６０は、コンプレッサ３０に流れる戻りガス温度を測定する。冷却ユニット１０は、コントローラのファームウェアに書込まれているプログラム制御ループ（たとえばＰＩＤ制御ループ）によってエバポレータファン６８の速度を上昇させることで、エバポレータの空気流量を増加させることになる。エバポレータの空気流量を（エバポレータファン速度を上昇させることで）増加させることが、気化冷却剤温度の上昇につながらず、温度が第２の所定の温度、たとえば３７°Ｆ未満に低下した場合、バイパス弁６４は、気化温度を上昇させるために冷却剤の高温ガスを迂回させることになる。コントローラは、気化温度が第３の所定の温度、たとえば３４°Ｆ未満に低下した場合、アラームを起動させるように構成され得る。
【００８２】
逆に、発明の実施形態の冷却ユニット１０は、データセンターまたは機器室内の高い熱負荷の結果としてコンプレッサ３０に入る高い戻り冷却剤ガス温度の問題に対処するように構成され得る。このような高温は、コンプレッサ３０の寿命を短縮し得るか、または延ばされたとしてもコンプレッサの損傷を引起し得る。一実施形態において、冷却ユニット１０は、コンプレッサ３０に隣接する温度センサ６０がコンプレッサに入る冷却剤温度を検出するように構成され得る。冷却剤ガス温度が所定の温度、たとえば６８°Ｆに達すると、コントローラは、コントローラのファームウェアに書込まれているプログラム制御ループ（たとえばＰＩＤ制御ループ）によってエバポレータファン６８の速度を低下させることで、エバポレータの気流を減少させ得る。
【００８３】
ある環境において、データセンターもしくは機器室が吊り天井を含む場合、または、吊り天井構成において温度制御がないことから空気を周囲に移動させるのにホースまたはダクトが使用される場合、吸入開口部７０を介してコンデンサに入る空気温度を制御することは困難であり得る。この制約は、コンデンサ３４に及ぼされている低い空気温度、およびしたがってコンデンサによって生成されている低い冷却剤温度を招き得る。ある状態では、極めて低い凝結温度は、冷却剤を液体状態でコンプレッサ３０に押し戻し、コンプレッサを損傷させ得る。一実施形態において、コンデンサファン８６は、コンデンサ３４に隣接する圧力トランスデューサ３６と協動する３つの可変速ＤＣコンデンサファンを包含し得る。他の実施形態において、コンデンサファンは、ＶＦＤを有するＡＣまたは正弦波チョッパを有するＳＣ  ＰＳＣであり得る。凝結温度は、圧力トランスデューサ３６または温度センサから得られる測定値から算出され得る。コントローラは、コントローラのファームウェアに書込まれている制御ループ（たとえばＰＩＤループ）によって温度を所定の温度、たとえば９５°Ｆより高く維持するように構成され得る。別の実施形態において、吐出管４２を介してコンデンサ３４によって吐出される冷却剤の吐出圧力は、コンデンサファン８６の速度を制御するために監視され得る。具体的には、吐出圧力設定点、たとえば４２０ｐｓｉｇは、制御ループ（たとえばＰＩＤループ）でファン速度を規制することによって実現され得る。
【００８４】
逆に、吊り天井内の空気温度が所定の温度、たとえば１００°Ｆより高い場合（または可撓性ホースが、吸入開口部７０を介してコンデンサに空気を供給し、コンデンサへの空気の流量を減少させ得る状況では）、結果として凝結圧力の上昇が生じ得る。これは、コンプレッサ３０への電力を切断する高圧カットアウトスイッチ３８を招き、したがって冷却の全損失を引起し得る。一実施形態において、凝結圧力は、圧力トランスデューサ３６によって測定され得る。たとえば、冷却ユニット１０は、凝結圧力が所定の圧力、たとえば５５０ｐｓｉｇに達すると、高圧カットアウトスイッチ３８がコンプレッサ３０への電力を切断するように構成され得る。（スポット離散モードにおける）一方法において、凝結圧力が所定の圧力、たとえば５２０ｐｓｉｇに達すると、バイパス弁６４が開き、導管６６を介してエバポレータ４４に冷却剤を迂回させる。コンデンサ３４への冷却剤の質量流量の減少はヒートリジェクションを減少させ、凝結圧力が所定のカットオフ圧力に達することが妨げられる。若干の圧力低下がシステムにおいて生じ得るが、冷却ユニット１０は、必要な冷却を提供するために依然として動作している。（スポットプロポーショナル、インロー、およびラック空気閉込め用途における）別の方法では、凝結圧力が所定の圧力、たとえば５２０ｐｓｉｇに達すると、エバポレータファン６８の速度が低下してコンデンサの冷却能力およびヒートリジェクションを減少させ、吐出圧力の低下を支援することになる。吐出圧力を上昇させたり低下させるために、バイパス弁６４も操作され得る。エバポレータの空気流を減少させると、バイパス弁によって規制される供給空気温度を低下させることになる。
【００８５】
上述のように、ある実施形態では、運転モード、たとえば図８のモード１２８にあるとき、次の制御策が採用され得る。離散能力制御モードでバイパス弁を制御する場合、バイパス弁は正常に閉じられた状態に保持される。吐出圧力があるしきい値、たとえば５２０ｐｓｉｇを越えた場合、バイパス弁は、上昇した所定の圧力、たとえば５５０ｐｓｉｇにて最大５０パーセントまで直線的に開かれる。図１１を参照して、プロポーショナル能力制御モードでバイパス弁を制御する場合、バイパス弁はたとえばＰＩＤコントローラによって規制され、（１）気化温度を安全範囲内、たとえば３８°Ｆから５６°Ｆの間に維持し、かつ（２）供給空気温度を、所定の、ユーザ構成可能な供給空気設定点、たとえば５２°Ｆから７３°Ｆに維持する。
【００８６】
ある他の実施形態において、かつ図１２を参照して、すべてのモード（離散能力およびプロポーショナル能力モード）において、所定の吐出圧力、たとえば４２５ｐｓｉｇを維持するために、コンデンサファン速度がＰＩＤコントローラによって規制され得る。同様に、図１３を参照して、エバポレータファンは、離散能力モードでは一定速度で正常に運転される。ユーザは、コントローラユーザインターフェイス、たとえば表示ユニット内で好みを設定することによって、エバポレータファン速度を特定し得る。具体的には、一実施形態において、ユーザは、スポット離散モードにあるとき、５つのファン速度、たとえば高、中〜高、中、中〜低、および低のうちの１つを選択し得る。他の実施形態において、ファンは、任意の数のファン速度で動作するように構成され得る。また、吸引吐出温度が所定の限度、たとえば６８°Ｆを超えた場合、エバポレータファン速度は、所定の温度、たとえば７５°Ｆでの正常な速度の最小５０パーセントまで直線的に低下させ得る。スポット冷却またはインロー構成で採用され得るプロポーショナル能力制御モードでは、冷却ラック入口温度を所定のユーザ構成可能な設定点に維持するために、エバポレータファン速度をＰＩＤコントローラによって規制し得る。また、エバポレータファン速度は、ある異常な状態を緩和するために低下させ得る。具体的には、エバポレータファン速度は、以下の条件下で後に増減させ得る。高い上部圧力を検出すると、エバポレータファン速度は、所定の吐出圧力、たとえば５２０ｐｓｉｇまで１００パーセント上昇させ、上昇した所定の温度、たとえば５５０ｐｓｉｇにて最小６５パーセントまで低下させ得る。倍率は直線状に構成され得る。高い吸引温度を検出すると、エバポレータファン速度は、所定の吸引温度、たとえば６８°Ｆまで１００パーセント上昇させ、上昇した所定の温度、たとえば７５°Ｆで最小５０パーセントまで低下させ得る。高い上部圧力検出の場合のように、倍率は直線状に構成され得る。万一、高い上部圧力および高い吸引温度の異常が同時に検出された場合は、数値が最小の倍率を使用してエバポレータファン速度を増減し得る。
【００８７】
プロポーショナル能力制御構成を有するかまたは空気閉込め構成にある特定の実施形態において、以下の式を採用することによって、エバポレータファン速度が制御され得る：
【００８８】
【数３】
0005400147.tif 000004
【００８９】
ここで、ＴRは理論的な戻り空気温度、
Ｑactualはワット単位の実際の電力出力、
ＣＦＭactualは立方フィート／分単位のエバポレータを介する気流、
Ｔsは°Ｆ単位の供給空気温度、
3415はｋＷをＢＴＵ／時に変換、
1.08は定電力である。
【００９０】
次に、以下の式を使用することによって、理論的な空気戻り温度が実際の空気戻り温度と平均され得る：
【００９１】
【数４】
0005400147.tif 000005
【００９２】
次に、以下の式を使用することによって、空気閉込めシステムの電力需要が算出される：
【００９３】
【数５】
0005400147.tif 000006
【００９４】
ここで、ＱDMDは電力需要量、
【００９５】
【数６】
0005400147.tif 000007
【００９６】
Ｔsetpは°Ｆ単位の供給空気設定点、
ＣＦＭactualは立方フィート／分単位のエバポレータを介する気流である。
【００９７】
次に、以下の式を採用することによって、空気閉込めシステムの気流需要量が算出される：
【００９８】
【数７】
0005400147.tif 000008
【００９９】
ここで、ＣＦＭDMDは空気閉込めシステムの気流電力需要量、
ΔＴsetは冷却ユニット両端の所望の温度デルタである。
【０１００】
最後に、以下の式を採用することによって、所望のエバポレータファン速度が算出され得る：
速度割合＝（ＣＦＭDMD／1200）＊100      （５）
ここで、速度割合はエバポレータファン速度、
1200は立方フィート／分単位の最大気流である。
【０１０１】
冷却ユニット１０は、コンデンサファンおよびエバポレータファンの前述の操作に基づいて、その冷却能力を最適化するように構成され得る。具体的には、冷却能力は以下の式によって算出され得る：
冷却能力＝コンプレッサ冷却能力−エバポレータファンの熱−潜在的な冷却  （６）
冷却ユニット１０のコントローラおよび構成要素は、コンプレッサ３０に固有の係数と、冷却剤気化温度と、冷却剤凝結温度とを有する多項式を採用することによって構成され得る。具体的には、データセンターまたは機器室で使用される各冷却ユニット１０について、コンプレッサ３０は、冷却出力、質量流量、エネルギー効率定格、および電流引込みを算出するための一組の係数を有する。各組は最大１０個の係数で構成され得、その結果、コンプレッサ冷却能力は、コントローラに設けられるファームウェアによって算出され得る。冷却剤圧力は、圧力トランスデューサによって測定され、気化温度および凝結温度は、冷却剤気化圧力および凝結圧力から、および／または温度センサによって算出され得る。
【０１０２】
ＡＲＩ−５４０コンプレッサ冷却能力係数を用いた正味の検知可能冷却算出
一実施形態において、基本式（６）に基づいて冷却能力を判定するために、冷却能力は以下の式を採用することによって判定され得る：
【０１０３】
【数８】
0005400147.tif 000009
【０１０４】
ここで、Ｐcは正味の検知可能冷却能力、
Ｑcompはコンプレッサの性能、
Ｑcomp lossはコンプレッサの熱損失、
1052.6は１ポンドの水を凝結させるのに必要なエネルギー量、
ＣRは凝結物生成率、
0.2928104はＢＴＵ／時をワットに変換、
Ｐfはファン電力である。
【０１０５】
式（７）は、業界標準のＡＲＩ−５４０コンプレッサの冷却係数に依拠する。具体的には、図１４を参照して、式（７）を採用すると、圧力トランスデューサの冷却剤圧力は２００においてｐｓｉｇ単位で測定され、２０２において絶対冷却剤吸引圧力および絶対冷却剤吐出圧力を（１４．７ｐｓｉをゲージ圧力に加えることによって）算出するように操作される。圧力測定値は、次に２０４においてＩ−Ｐ単位からＳＩ単位に変換される。２０６において、冷却剤気化温度および冷却剤凝結温度が算出され得る。２０８において、ＡＲＩ−５４０の多項式は以下のように算出され得る：
【０１０６】
【数９】
0005400147.tif 000010
【０１０７】
ここで、Ｘは（１）コンプレッサの容量、（２）冷却剤の質量流量、（３）コンプレッサの入力電力もしくは電流、（４）またはエネルギー効率比（ＥＥＲ）であり得、
Ｃはコンプレッサの性能を表す式係数、
Ｓは°Ｃ単位の吸引露点温度、
Ｄは°Ｃ単位の吐出露点温度である。
【０１０８】
次に、２１０において、選択されたコンプレッサ性能係数（ＳＩ単位）をＡＲＩ−５４０多項式（８）に挿入することによって、コンプレッサの性能（Ｑcomp）が算出され得る。２１２において、選択された電力係数（ＳＩ単位）をＡＲＩ−５４０多項式（８）に挿入することによって、コンプレッサ電力入力が算出され得る。これらの算出に基づいて、ＱcompおよびＰcompを加算することによって、２１４においてサーマルヒートリジェクション成分がワット単位で算出され得る。最後に、２１６において、コンプレッサの熱損失が算出され得る。上で得られた結果に基づいて、冷却ユニットの冷却能力が判定され得る。なおコンプレッサ係数は、メートル法（ＳＩ）およびヤードポンド法（English units）の両方で提供され得る。気化温度および凝結温度について摂氏（°Ｃ）温度測定値を採ると、コンプレッサ係数はメートル法で表される。気化温度および凝結温度について華氏（°Ｆ）測定値を採ると、コンプレッサ係数はヤードポンド法で表される。なお、コンプレッサがエバポレータ気流中にない場合、式（７）のＱcomp loss成分は省略される。
【０１０９】
実施例
ＡＲＩ−５４０多項式（８）を採用する多項式（７）を用いて、冷却ユニットの容量は以下のように算出され得る。式（８）は、６０Ｈｚのコンプレッサを使用した冷却ユニットについて表１に識別される以下の係数を想定して採用される：
【０１１０】
【表１】
0005400147.tif 000011
【０１１１】
ファン電力、凝結物生成率、およびコンプレッサの熱損失について、以下の推定値が想定され得る：
Ｐfは３００ワット、
ＣRは１．６ポンド／時、
Ｑcomp lossは１５０ワットである。
【０１１２】
最後に、冷却剤吸引露点温度および冷却剤吐出露点温度を判定するために、以下のテスト測定値が使用され得る：
気化圧力は１３６ｐｓｉｇ、
吐出圧力は４３８ｐｓｉｇ、
吸引露点温度は４７．１°Ｆ、
吐出露点温度は１２３．９°Ｆである。
【０１１３】
上記に基づいて、冷却能力は以下のように算出される：
【０１１４】
【数１０】
0005400147.tif 000012
【０１１５】
ユニットの供給空気温度および戻り空気温度を用いた正味の検知可能冷却算出
別の実施形態では、以下の式を採用することによって冷却ユニットの冷却能力が判定され得る：
【０１１６】
【数１１】
0005400147.tif 000013
【０１１７】
ここで、Ｐcは正味の検知可能冷却能力、
1000はワットをキロワットに変換、
ＣpはＢＴＵ／ｌｂ−°Ｆ単位の空気の比熱、
Ｑcomp lossはコンプレッサの熱損失、
ＤＴairは供給および戻り空気温度の差、
ＳＣＦＭは所与のファン速度での推定標準体積流量、
0.075はｌｂ／ｆｔ３単位の標準空気密度、
Ｐfはファン電力である。
【０１１８】
図１５を参照して、２２０において、冷却ユニットの戻り空気温度および供給空気温度が測定される。次に、２２２において、平均戻り温度および平均供給温度が判定される。２２４において、平均戻り温度および平均供給温度に基づいて温度差（ＤＴair）が算出される。２２６において、比熱Ｃpを０．２４３ＢＴＵ／ｌｂ−°Ｆと想定して、所与の速度でのエバポレータコイルの標準空気流量が算出され、ＳＣＦＭが判定される。２２８において質量流量が算出され得、引続いて２３０および２３２において、検知可能冷却能力が算出される。
【０１１９】
コンデンサコイルのヒートリジェクションを用いた正味の検知可能冷却算出
さらに別の実施例において、以下の式を採用することによって冷却ユニットの冷却能力が判定され得る：
【０１２０】
【数１２】
0005400147.tif 000014
【０１２１】
ここで、Ｑthrはコンデンサコイルでのヒートリジェクション、
Ｐcは正味の冷却能力、
Ｑcompはコンプレッサの性能、
Ｑcomp lossはコンプレッサの熱損失、
1052.6は１ポンドの水を凝結させるのに必要なエネルギー量、
0.2928104はＢＴＵ／時をワットに変換、
Ｐfはファン電力、
ＣRは凝結物生成、
Ｃpは空気の比熱、
ＤＴairはコンデンサに入る空気温度とコンデンサから出る空気温度との差、
Ｐcompはコンプレッサの電力消費、
1000はワットをキロワットに変換、
ＳＣＦＭは所与のファン速度での推定標準体積流量、
0.075は標準空気密度である。
【０１２２】
図１６を参照し、式（１０）〜式（１２）による冷却能力算出方法は以下のとおりである。２４０において、コンデンサに入りコンデンサから出る空気の温度が測定される。２４２において、コンデンサに入りコンデンサから出る空気の温度差が算出され、ＤＴａｉｒに達する。次に、２４４において、比熱（Ｃｐ）を０．２４３ＢＴＵ／ｌｂ−ｆｔと想定して、コンデンサコイルの標準流量（ＳＣＦＭ）が推定される。２４６において、質量流量（ｌｂ／時単位）が算出される。２４８において、コンデンサのヒートリジェクションが算出され、結果を３．４１５で割ることによってワットに変換される。コンプレッサの電力入力は、２５０で選択されたコンプレッサ電力入力係数（ＳＩ単位）を２５２でＡＲＩ−５４０多項式（８）に挿入することによって算出される。２５４および２５６において、コンプレッサ冷却出力および冷却能力がそれぞれ算出される。冷却能力に関して、潜在能力、ファンの熱、およびコンプレッサの熱損失がコンプレッサ冷却出力から減算され、検知可能冷却能力を判定する。
【０１２３】
ＡＲＩ−５４０コンプレッサ冷媒質量流量係数を用いた正味の検知可能冷却算出
さらに別の実施例において、以下の式を利用することによって冷却能力が判定され得る：
【０１２４】
【数１３】
0005400147.tif 000015
【０１２５】
ここで、Ｐcは正味の検知可能冷却能力
Ｑtotalは総冷却能力、
Ｑcomp lossはコンプレッサの熱損失、
1052.6は１ポンドの水を凝結させるのに必要なエネルギー量、
ＣRは凝結物生成、
0.2928104はＢＴＵ／時をワットに変換、
Ｐfはファン電力、
1000はワットをキロワットに変換、
Ｑtotalは総冷却能力、
Ｍは冷却剤の質量流量、
ｈsuction gasはエバポレータコイル出口での冷却剤のエンタルピー、
ｈliquidは感温膨張弁入口での冷却剤のエンタルピーである。
【０１２６】
図１７を参照し、２６０において、冷却剤ゲージ吸引圧力および吐出圧力が吸引管および吐出管で測定される。２６２において、２６０で得られたゲージ圧力に１４．７ｐｓｉを加えることによって、絶対冷却剤吸引圧力（気化圧力とも称される）および吐出圧力（凝結圧力とも称される）が算出される。２６４において、単位がＳＩ単位に変換される。次に、２６６において、露点気化温度および凝結温度が算出される。２６８において、ＡＲＩ−５４０多項式（３）が採用される。２７０において、選択されたコンプレッサ性能係数を挿入することによって、コンプレッサ冷却剤質量流量が算出される。２７２において、冷却剤圧力および温度を用いて感温膨張弁入口およびエバポレータコイル出口での冷却剤のエンタルピーが算出される。最後に２７４および２７６において、総冷却能力および正味の冷却能力が判定され得る。
【０１２７】
ＡＲ−５４０コンプレッサ冷媒質量流量係数を電子高温ガスバイパス弁とともに用いた正味の検知可能冷却算出
さらなる実施形態では、以下の式を採用することによって冷却能力が判定され得る：
【０１２８】
【数１４】
0005400147.tif 000016
【０１２９】
ここで、Ｐcは正味の検知可能冷却能力（ｋＷ）、
Ｑtotalは総冷却能力（Ｗ）、
Ｑcomp lossはコンプレッサの熱損失（Ｗ）、
Ｃは凝結物生成率（ｌｂｓ／時）、
Ｐfはファン電力（Ｗ）、
ＭはＡＲＩ−５４０質量流量係数を使用することによって算出される冷媒の質量流量（ｋｇ／秒）、
ｈsuction gasはエバポレータコイル入口でのガス冷媒のエンタルピー（Ｗ／ｋｇ）、
ｈmix evaporator inletはエバポレータコイル入口での混合冷媒のエンタルピー（Ｗ／ｋｇ）、
Ｍbypassはバイパス弁を介して迂回される冷媒の質量流量（ｋｇ／秒）、
ｈhot gasはコンプレッサ出口での高温のガス冷媒のエンタルピー（Ｗ／ｋｇ）、
ｈliquidは膨張弁入口での液体冷媒のエンタルピー（Ｗ／ｋｇ）、
1052.6は１ポンドの水を凝結させるのに必要なエネルギー量、
0.2928104はＢＴＵ／時をワットに変換、
1000はワットをキロワットに変換する。
【０１３０】
式（７）のように業界標準のＡＲＩ−５４０コンプレッサ冷却係数に依拠する代りに、高温ガスバイパス弁が開いているときは、式（１５）が採用され得る。高温ガスバイパス弁が閉まっているときは、式（７）が使用され得る。しかし高温ガスバイパス弁が開いているときは、この式は信頼性の低い結果を生じさせる。高温ガスバイパス弁が開いているときに冷却能力を算出するには、冷却ユニットの総冷却剤容量を算出するために冷媒流量およびエンタルピー値が必要である。一実施形態では、質量流量は、吸引圧力センサおよび吐出圧力センサから得られた測定値を使用し、かつ下の表３に示される公式を採用することによって判定され得る。別の実施形態では、高温ガスバイパス弁を通る流量を測定するために、２つの追加的な圧力センサが、高温ガスバイパス弁６４の入口および出口に隣接して位置決めされ得る。
【０１３１】
式（６）を参照して上述したように、正味の検知可能冷却は、総冷却−潜在的冷却−ファンおよび他の機器に関連付けられた熱損失と等しい。ファンの熱損失を算出するために、表２に特定される以下の想定が利用され得る：
【０１３２】
【表２】
0005400147.tif 000017
【０１３３】
コンプレッサの質量流量は、コンプレッサ質量流量ＡＲＩ−５４０係数と、冷媒気化温度および凝結飽和温度とを使用することによって算出され得る。たとえば、６０Ｈｚのコンプレッサを使用する場合、表１に特定される係数が採用され得る。具体的には、次の多項式が使用され得る：
【０１３４】
【数１５】
0005400147.tif 000018
【０１３５】
ここで、ＭCompはコンプレッサ冷媒質量流量（ｌｂ／分）、
ＴＥは気化温度（°Ｆ）、
ＴＣは凝結温度（°Ｆ）である。
【０１３６】
以下の高温ガスバイパス弁開口部について、一次式が作成され得る：７．５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、および１００％。高温ガスバイパス弁を通る冷媒の流れは、７．５％の開きで開始し得る。
【０１３７】
表３を用いて、高温ガスバイパス弁を介して流れる冷媒の質量流量は、以下のように算出され得る：
【０１３８】
【表３】
0005400147.tif 000019
【０１３９】
上記に基づいて、吸引ガスのエンタルピー値は以下の公式を使用することによって算出され得る：
【０１４０】
【数１６】
0005400147.tif 000020
【０１４１】
ここで、Ｈsuctionは吸引ガス冷媒のエンタルピー（Ｂｔｕ／ｌｂ）、
Ｔsuctionは吸引ガス温度（°Ｆ）である。
【０１４２】
液体冷媒のエンタルピー値は、以下の公式を使用することによって算出され得る：
【０１４３】
【数１７】
0005400147.tif 000021
【０１４４】
ここで、ＨLiquidは液体冷媒のエンタルピー（Ｂｔｕ／ｌｂ）
ＴLiquidは液体冷媒温度（°Ｆ）である。
【０１４５】
高温のガス冷媒のエンタルピー値は、以下の公式を使用することによって算出され得る：
高温ガスバイパス弁が５０％未満開いている場合、または高温ガスバイパス弁が５０％より大きく開いており、凝結圧力と気化圧力との差圧が２２０ｐｓｉ未満の場合、
【０１４６】
【数１８】
0005400147.tif 000022
【０１４７】
高温ガスバイパス弁が５０％より大きく開いており、差圧が２２０ｐｓｉより大きい場合、
【０１４８】
【数１９】
0005400147.tif 000023
【０１４９】
ここで、Ｈhgは高温のガス冷媒のエンタルピー値（ｐｓｉ）、
Ｐcondensingは吐出または凝結圧力（ｐｓｉｇ）である。
【０１５０】
図１８を参照して、正味の検知可能冷却能力を算出する方法が３００に全体的に示される。図示されるように、３０２において、冷媒ゲージ吸引圧力、液体圧力、および吐出圧力ならびに温度が測定される。３０４において、ゲージ圧に１４．７ｐｓｉを加えることによって、絶対冷媒吸引圧力および吐出圧力が算出される。３０６において、ＩＰ単位がＳＩ単位に変換される（１ｐｓｉ＝６．８９４８ｋＰａ）。次に、３０８において、線形回帰を用いて得られた多項式関数のうちの１つを使用することによって、冷媒露点気化温度および凝結温度が算出される。たとえば、ステップ３１０において、露点気化圧力および凝結圧力を算出するために多項式（８）が採用され得る。次に３１２において、選択されたコンプレッサ性能ＳＩ単位係数を挿入することによって、冷媒の質量流量［ｋｇ／秒］が算出され得る。３１４において、冷媒圧力および温度を使用することによって、コンプレッサ出口と弁入口とエバポレータコイル出口とにおける冷媒のエンタルピーが取得または算出され得る。３１６において、高温ガスバイパス弁について作成された曲線適合多項式を使用することによって、コンプレッサーバイパス冷媒質量流量が算出され得る。異なるバルブ開口部について曲線適合多項式が存在し得る。３１８において、式（１６）を使用することによって、総冷却能力が算出され得る。最後に３２０において、式（１５）を使用することによって、冷却ユニットの正味の検知可能冷却能力が算出され得る。
【０１５１】
一実施形態において、図１８に例示される方法３００は、ロードアイランド州ウエストキングストンのAmerican Power Conversion Corporationによって販売されているＩｎＲｏｗ（登録商標）ＳＣ冷却ユニットによって行われ得る。ＩｎＲｏｗ（登録商標）ＳＣ冷却ユニットは、サーバ室および配線クローゼットなどのより小規模な用途に特に適し得る。別の実施形態において、方法３００は、同じくAmerican Power Conversion Corporationによって販売されているＩｎＲｏｗ（登録商標）ＲＣ冷却ユニットによって行われ得る。冷却ユニット１０を包含し得るＩｎＲｏｗ（登録商標）ＲＣ冷却ユニットは、高密度用途を含む中規模から大規模データセンターのための、ローベースの冷水冷却溶液であり得る。他の実施形態において、方法３００は、高温ガスバイパス弁を含むいずれかの冷却ユニットによって採用され得る。
【０１５２】
ある実施形態において、冷却ユニットは、無中断の冷却を提供するように構成され得る。具体的には、吐出圧力が所定のカットオフ圧力に達する前に、高圧高温ガス側から低温への冷媒を圧力吸引側に迂回させることによって、コンデンサへの冷却剤流量が減少して、コンデンサを出る冷却剤の吐出圧力が低下することが発見されている。コンデンサコイルに入る空気温度が比較的高い、たとえば１００°Ｆ以上のある用途では、コンデンサへの気流の閉塞が生じ得る。これは、高圧切断スイッチをアクティブにすることが必要とされる非常に高い凝結圧力につながり、それによってコンプレッサへの電力を切断し得る。明らかに、上昇した温度にさらされることは、機器格納ラックに収納されている電子機器への損傷を招き得る。
【０１５３】
一実施形態において、コンデンサに入る冷却剤の圧力を測定するために、吐出管の圧力トランスデューサが採用され得る。上述したように、冷却ユニットにはスイッチ３８などの圧力切断スイッチが設けられ得、凝結圧力が所定の圧力、たとえば５５０ｐｓｉｇに達すると電力を切断する。たとえば、凝結圧力が所定のしきい値圧力、たとえば５２５ｐｓｉｇに達すると、冷却ユニットは、バイパス弁を開かせて高圧冷却剤の一部分をコンデンサに戻らせるように構成され得る。コンデンサコイルへの冷却剤の質量流量はヒートリジェクションによって減少し、コンデンサ圧力は、コンデンサ内の圧力が５５０ｐｓｉｇ未満となるように制限される。その結果、冷却能力が低下し得るが、コンプレッサは動作し続けているため、冷却の全損失が妨げられ得る。
【０１５４】
したがって、コンデンサファン速度を制御することによって、必要に応じて凝結圧力が低下され得、極めて高いまたは低い気化温度が回避され得、かつコンプレッサへの高い吸引温度が回避され得ることが注目されるべきである。また、冷却ユニットの能力が制御され得る。高温ガスバイパス弁を操作することによって、冷却ユニットが高いしきい値（切断）圧力に達するのを防ぐために凝結圧力が低下され得、気化温度が制御され得、かつ空気温度も制御され得る。また、高温ガスバイパス弁は、コンプレッサの「オフサイクル」中に開いて冷却剤圧力の均一化を促進し、コンプレッサをより速くより静かに再始動させるように操作され得る。高温ガスバイパス弁を周期的に閉じることによって、コンデンサへの冷却剤の送達が増加し、溜まっているおそれがある油の送達をコンプレッサに強制的に戻らせ得る。
【０１５５】
考察したように、データセンター用の冷却システムを設計する人物が個々の構成要素を選択し得るように、冷却ユニット１０はモジュール式であり拡張可能である。具体的には、データセンター内に配備される電子機器と、機器に必要とされる最適な動作条件とに依存して、特定のデータセンターに主要なまたは予備的な冷却を提供するために、いずれかの数の冷却ユニットを採用し得る。一実施形態では、部屋内の冷却ユニットの配置は、コンピュータ支援設計ツールを使用して決定され得る。２００５年４月７日出願の「設備の電力および冷却を管理するための方法およびシステム（METHODS AND SYSTEMS FOR MANAGING FACILITY POWER AND COOLING）」と題され、かつ本発明の譲受人によって所有され、ここに引用により援用される米国特許出願番号第１１／１２０，１３７号と、２００５年９月２２日出願の「設備の電力および冷却を管理するための方法およびシステム（METHODS AND SYSTEMS FOR MANAGING FACILITY POWER AND COOLING）」と題され、かつ本発明の譲受人によって所有され、ここに引用により援用される米国仮特許出願番号第６０／７１９，３５６号とを参照する。これらの出願は概して、データセンターを設計するため、ならびにデータセンター内に閉じ込められた機器を管理するためのシステムおよび方法を開示する。
【０１５６】
一構成において、冷却ユニットはパッケージングされ、製造または配送設備からデータセンターに出荷され得る。受取られると、冷却ユニットはデータセンター内で組立てられ、さもなければ設置され得る。具体的には、冷却ユニットは電源（図示せず）およびコントローラに好適に接続され、設置が完了する。
【０１５７】
上で参照したように、一実施形態において、コントローラは、１つ以上の冷却ユニットの動作を制御する別個の専用ユニットであり得る。別の実施形態において、メインコントローラは、補助コントローラユニットのうちの１つの代わりに冷却ユニットのうちの１つに設けられ得、コントローラを有する冷却ユニットがメイン冷却ユニットとして機能し、他の冷却ユニットは補助冷却ユニットとして機能する。さらに別の実施形態において、冷却ユニットの動作は集積データセンター制御および管理システムの制御下にあり得、各冷却ユニットラックは、ネットワークによって他の冷却ユニットと通信するコントローラを有する。このような一実施形態において、コントローラは、データセンター制御システムと通信して、冷却システムの構成要素のステータスを提供し、かつデータセンター制御システムのための制御コマンドを受取り得る。一実施形態において、各冷却ユニットは、ＣＡＮバスネットワークなどのネットワークによってデータセンターコントローラと通信するコントローラを含み、このような一実施形態において、データセンターコントローラは、本発明の譲受人であるロードアイランド州ウエストキングストンのAmerican Power Conversion Corporationによって販売されているInfraStruXureＴＭなどの集積データセンター制御および監視システムを使用して実現され得る。
【０１５８】
ある実施形態において、冷却ユニットは、データセンターを冷却するためのキットの形態を取り得る。データセンターの空間の容積に依存して、キットの構成要素は、データセンターの冷却要件を満たすように拡張可能である。一実施形態において、キットは、データセンターの機器ラックの列内に点在するように適合化された所定数の冷却ユニットを含む。冷却ユニットは、上述した冷却ユニットを包含し得る。
【０１５９】
したがって、本発明の実施形態の冷却ユニットは、データセンター内の拡張可能なモジュール式実現のために特に構成されることに注目すべきである。冷却システムは、冷却システムの設置について特別な訓練も専用のツールも有さない人員によって設置され得るキット形態で提供され得る。冷却ユニットの１つの利点は、データセンター内の環境条件またはニーズが変化すると、データセンター内で、または別のデータセンターに移動可能であり得る点である。別の利点は、各ユニットに電力および通信のみを送達すればよいという点で、各冷却ユニットが自立型であることである。外部冷却システムは必要とされない。
【０１６０】
また、冷却ユニットがインロー製品として提供され得るため、冷却ユニットは、データセンター内の最も高温の空気を吸入し、かつ周囲の温度より若干低く冷却するように位置決めされ得る。この設計特微により、高温空気が室温空気と混合して暖かい混合物になるという非効率性が排除される。当該設計は、空調機によって提供される潜在的な冷却も大幅に減少させ、それにより、場合によっては加湿の必要性を排除する。効率性の向上は、同じ冷却性能を得るのに冷却ユニット（たとえば冷却ユニット１０）の床面積を（たとえば３０パーセントまで）減少させ得るという事実によって最もよく理解され得る。具体的には、キャスターおよびレベリングフットを有する移動可能な冷却ユニットを設けることで、冷却システムの効率および拡張性が向上する。オペレータが冷却ユニットの配置を最適化するのを支援するには、流量、冷却剤および空気の入口および出口温度、ならびに差圧とともに各ユニットの冷却能力をオペレータによって監視すればよい。部屋の設計およびレイアウトに関してオペレータにより高い柔軟性を与え、空調機がデータセンターの周囲近辺に位置決めされるという制約を解消しつつ、これらの測定値によって、オペレータは、各冷却ユニットが最大量の熱を中和し得る場所に冷却ユニットを配置することが可能となる。電力の観点から、各冷却ユニットは直流で動作し、したがって供給される入力電力にある程度の柔軟性をもたらす。したがって、冷却ユニットを特定の電圧用に構築する必要がなくなる。
【０１６１】
上述したように、発明の実施形態の冷却ユニットは、集積データセンター制御および監視システムの一部としてさらに提供され得る。このような集積データセンター制御および監視システムで使用された場合、冷却ユニットは、点検およびデータセンター内の別の位置への再配置のために容易に取外し可能である。冷却ユニットは、たとえばデータセンターを収容するビルの既存の冷却システムに一体化させ、かつデータセンターで必要とされる場合は追加的な冷却空気を供給するために１つ以上のＣＲＡＣユニットと共に使用してもよい。
【０１６２】
多くの要因を利用することによって、予測異常判定モジュールが冷却ユニットに設けられ得る。具体的には、コントローラを介して、各冷却ユニットは、モータ、ファン、または磨耗される他の部分などのある部分が有効寿命の終わりに近付くとデータセンターのオペレータに通知するように設計され得る。このようなモジュールを設けることで、合理的にタイミングが計られた予防保守措置を行い、起こり得るダウンタイムを省くことが可能となる。通知は、冷却ユニットのディスプレイに送達されるか、または集積データセンター制御および監視システムを介してデータセンターのオペレータに与えられ得る。また、メインコントローラとして構成された冷却ユニットのコントローラは、異常のある冷却ユニット付近に位置決めされた他の冷却ユニットの出力を増加させることによって、特定の冷却ユニットの異常を補償し得る。
【０１６３】
本発明の実施形態の冷却ユニットによれば、上げ床の必要性がなくなることが注目される。上げ床がなくなることよって、上げ床の設計および提供に関連する費用がなくなる。また、機器ラックによって収納された機器をデータセンターの床により良く定着させ、耐震性を高め得る。比較的低い空き高を有する部屋が利用され得るため、サーバ室またはデータセンターに好適な場所の数が増加する。また、上げ床斜面の必要性がなくなる。
【０１６４】
本発明の実施形態の冷却ユニットは、従来のシステムより速く設置される。冷却ユニットは閉ループ冷却システムを含むため、電力および通信のみを冷却ユニットに接続すればよい。したがって、データセンターがより専門的な外観となる。
【０１６５】
本発明の少なくとも１つの実施形態のいくつかの局面についてこのように記載したが、当業者は様々な変更、修正、および改善に容易に想到するであろうと理解される。このような変更、修正、および改善は本開示の一部であることが意図され、発明の精神および範囲内にあることが意図される。従って、上記の記載および図面は例示のみを目的とする。
【図１】
0005400147.tif 000026
【図２】
0005400147.tif 000027
【図３】
0005400147.tif 000028
【図４】
0005400147.tif 000029
【図５】
0005400147.tif 000030
【図６】
0005400147.tif 000031
【図７】
0005400147.tif 000032
【図８】
0005400147.tif 000033
【図９】
0005400147.tif 000034
【図１０】
0005400147.tif 000035
【図１１】
0005400147.tif 000036
【図１２】
0005400147.tif 000037
【図１３】
0005400147.tif 000038
【図１４】
0005400147.tif 000039
【図１５】
0005400147.tif 000040
【図１６】
0005400147.tif 000041
【図１７】
0005400147.tif 000042
【図１８】
0005400147.tif 000043